В этом разделе представлены различные Лего роботы. Начиная с Mindstorms - робота для продвинутых пользователей и даже профессионалов, заканчивая персонажами легенд: Hero Factory, Ninjago, Chima и др.
Начнём наше повествование с необычной лего игрушки – электронного интерактивного робота на базе процессора NXT 2.0! Его, с помощью инструкции, может собрать даже 10-12-летний ребёнок! LEGO Роботы mindstorms понравится не только детям, но и их родителям, так как он очень функционален и возможности его программирования поистине безграничны! Можно сконструировать свои программируемые модели!
Программирование робота очень удобно осуществлять через дружественный интерфейс программы, которую можно установить с диска! При желании, выбрать набор функций можно комбинацией клавиш на центральном блоке управления. Robot имеет очень хорошую функциональность, что достигается за счёт интерактивных сервомоторов и специальных датчиков, реагирующих на свет, звук, механические воздействия и на другие внешние раздражители!
Mindstorms может передвигаться в различном направлении, воспроизводить звуки, различать цвета, собирать кубик Рубика, брать в руки не тяжелые предметы, охранять комнату, управлять лего поездом или машиной с расстояния и многое другое! Помимо обычных датчиков, которые поставляются в начальном комплекте, можно докупить и другие различные аксессуары: различные сенсоры, переходники, моторы, аккумуляторы и многое другое, которые существенно расширят возможности Вашего лего робота!
Инструкция, которая есть на диске программного обеспечения, предлагает несколько первоначальных, несложных в сборке моделей mindstorms: Робогатор, Сортировщик цветных шариков, Сторож комнаты и некоторые другие.
Ваш ребёнок никогда не будет скучать, а учиться навыкам конструирования и программирования в игровой форме, тоже весьма познавательное занятие!
Ещё одна серия – это Фабрика Героев. Герои из серии Hero Factory являются очень колоритными существами, это гибрид человека и робота и название им – киборги! Фигурки роботов имеют подвижные руки и ноги, они держат различное оружие, которое помогает им сражаться с полчищами мутантов, которые прислуживают Огненному Лорду.
Данная серия Hero Factory является аналогом Биониклов, поэтому её с радостью воспримут поклонники мультфильмов про роботов.
Среди персонажей есть как добрые: Стормер, Фурно, Бриз и другие, так и отрицательные герои: Дриллдозер, Джетбаг, Вон Небула, которые подчиняются могущественному и злому Огненному Лорду. Попробуйте собрать всю коллекцию фигурок Фабрика Героев лего роботов и устроить своё сражение за торжество добра и справедливости!
Роботом, собранным из конструктора LEGO Mindstorms EV3, вы легко можете управлять дистанционно от первого лица. Для этого вам дополнительно понадобится два смартфона, с установленным приложением RoboCam на один из них. Давайте познакомимся подробнее с приложением RoboCam и научимся им пользоваться.
Статья описывает новые возможности, появившиеся в первой версии версии 1.0 приложения RoboCam. Все статьи посвященные приложению RoboCam вы можете найти . Приложение RoboCam можно установить из магазина Google Play .
Сначала давайте посмотрим видео, где показан робот, управляемый от первого лица, которого я назвал Исследователь EV3. Помимо того, что робот может ездить в любом направлении, он умеет поднимать и опускать голову, т.е. рамку, к которой прикреплён смартфон. А это значит, что вы сможете смотреть не только по сторонам, но и вверх/вниз.
Что нужно для проведения эксперимента?
Чтобы повторить эксперимент, который вы видите на видео, вам нужно следующее:
- Робот , собранный из конструктора LEGO Mindstorms EV3.
- Android-смартфон с камерой и установленным на него приложением RoboCam . Поддерживается Android 2.3 и выше. В смартфоне как минимум должна быть хотя бы одна камера, а также модули Bluetooth и Wi-Fi.
- Смартфон или планшет с современным браузером с поддержкой HTML5. Хорошо подходят и протестированы браузеры Google Chrome, Яндекс.Браузер, Firefox и Opera последних версий. Операционная система в принципе может быть любой (Android, iOS или Windows), но полноценные тесты проводились только на Android. У смартфона или планшета должен быть как минимум сенсорный экран (желательно с распознаванием не менее 2-точек касания) и модуль Wi-Fi.
Схема подключения
Сначала, давайте посмотрим, как все перечисленные выше устройства подключены друг к другу. Лучше всего это иллюстрирует рисунок снизу.
Как вы видите, приложение RoboCam установлено на смартфон 1. Этот смартфон прикрепляется к роботу и подключен к нему через Bluetooth. От смартфона 1 к EV3 идут команды управляющие моторами, обратно поступает информация с датчиков.
2-й смартфон или планшет, подключается к смартфону 1 через Wi-Fi. Смартфон 1 и смартфон или планшет 2 должны быть подключены к одному роутеру. От смартфона или планшета 2 идут координаты джойстиков на смартфон 1, а обратно идёт видеопоток с камеры.
Как происходит управление EV3
Чтобы лучше понять, как происходит управление роботом EV3, посмотрим следующую схему.
Когда вы начинаете прикасаться к джойстикам A и B, смартфон или планшет 2 передаёт координаты прикосновений смартфону 1, который преобразует их в команды для моторов EV3. Каким образом координаты будут преобразованы, зависит от настроек приложения RoboCam. Подробнее о настройках мы поговорим ниже.
Собираем робота
Чтобы повторить эксперимент, прежде всего, вам нужно собрать робота, которым вы будете управлять. Это может быть простой двухколёсный робот, робот-автомобиль или робот со сложным механизмом передвижения. По большому счёту не важно, каким будет ваш робот, ведь программа RoboCam гибко настраивается, и вы сможете управлять с её помощью роботом любой конструкции. Главное чтобы вы смогли закрепить на своём роботе смартфон таким образом, чтобы камера была направлена вперёд, по ходу движения.
Начинать я рекомендую с простой модели. Если у вас образовательный набор LEGO Mindstorms EV3, то вы можете собрать Исследователя EV3, которого вы видите на фото и видео в начале статьи. Вот схема сборки Исследователя EV3:
| Инструкция для сборки исследователя EV3 Версия:2 | |
Инструкция для сборки робота исследователя EV3 из базового образовательного набора конструктора LEGO Mindstorms Education EV3 (45544). В версии 2: рамка закреплена прочнее и не отваливается. |
|
| 04.06.2016 4.95 MB 5783 |
Готовим Android-смартфон и приложение RoboCam
Приложение RoboCam работает на смартфонах или планшетах под управлением операционной системы Android 2.3 и выше. Обязательным является наличие у устройства любой встроенной камеры и модулей Bluetooth и WiFi. Приложение бесплатное, вы можете установить его с помощью магазина Google Play. Вот страничка приложения RoboCam . Для установки нажмите кнопку «УСТАНОВИТЬ», и примите требуемые разрешения, нажав на кнопку «ПРИНЯТЬ».
После установки откройте приложение. В Android 6 и выше, вы сразу увидите запрос на разрешение использовать камеру. Камера нам обязательно нужна, поэтому нажмите «РАЗРЕШИТЬ».
После того как приложение откроется вы увидите, три круглые кнопки для основных действий, а на заднем плане картинку с камеры.
Зелёная кнопка слева отвечает за запуск и остановку сервера RoboCam, который нужен для подключения смартфона или планшета 2, см. схему выше. Одновременно кнопка показывает, работает сервер или нет. На картинке фон кнопки белый, это значит, что сервер не работает. Об этом же говорит подсказка сверху. Вы можете в любой момент запустить или остановить сервер, нажав на эту кнопку.
Средняя кнопка пурпурного цвета отвечает за подключение к роботу EV3. Одновременно кнопка показывает, подключен ли смартфон к роботу или нет. На картинке, фон кнопки белый, это значит, что робот не подключен. У этой кнопки тоже есть подсказка, прямо под кнопкой, где в верхней строке отображается состояние подключения (на картинке это надпись «EV3 не подключен»), а в нижней строке – название текущих настроек робота (на картинке это «Исследователь EV3»).
Кнопка справа открывает настройки программы RoboCam. Если вы будете использовать моего Исследователя EV3, то дополнительно ничего настраивать не надо, т.к. сразу после первого запуска приложения по умолчанию будут выбраны настройки с названием «Исследователь EV3». Если робот у вас другой, то сначала придётся поковыряться в настройках. Но об этом поговорим ниже.
Запуск сервера RoboCam и подключение к нему
Сразу скажу, что совсем неважно, что вы сделаете раньше, запустите сервер RoboCam или подключите смартфон к роботу. Это можно сделать в любом порядке.
Итак, после того как приложение установлено на смартфон 1 (см. схемы выше) и открыто, вы можете запустить сервер RoboCam. Для этого нажмите на зелёную копку слева, при этом кнопка начнёт мигать, а в подсказке будет написано «Инициализация сервера RoboCam...». Через некоторое время, после того как сервер запустится, фон кнопки окрасится в зелёный цвет, а в подсказке будет написано «Сервер RoboCam работает».
Если смартфон ещё не подключен к вашему Wi-Fi-роутеру (как у нас на картинке), то пора это сделать. После подключения в верхней подсказке во второй строке отобразится адрес для подключения к серверу RoboCam. При включении сервера нет разницы, что включать сначала, сервер RoboCam или Wi-Fi.
Теперь вы можете подключиться к серверу RoboCam. Для этого возьмите второй смартфон или планшет (я буду использовать планшет), убедитесь, что он подключен к тому же Wi-Fi-роутеру, откройте браузер и перейдите на страничку с адресом, который показан в подсказке в приложении RoboCam (на картинке это «http://192.168.1.153:8088»). Браузер нужно использовать один из тех, про которые было написано выше. Если вы всё сделали правильно, то в браузере загрузится страничка для ввода логина и пароля. Введите здесь логин и пароль и нажмите кнопку «Войти». Если после установки вы ничего не меняли в настройках, то по умолчанию установлен логин «admin» и пароль «123».
После этого откроется основная страничка сервера RoboCam, на которой вы увидите картинку с камеры смартфона 1 (см. схему выше).
Как видите ориентация смартфона 1 – портретная, а моего планшета – альбомная. Вы можете перевернуть смартфон 1 так, чтобы он тоже был в альбомной ориентации. При этом картинка в на планшете автоматом поменяется на альбомную.
Обратите внимание, что ориентация не меняется, если вы заблокировали смартфон 1.
Чтобы теперь сделать изображение на весь экран, нажмите на значок справа сверху на странице. Так уберутся все ненужные нам кнопочки, закладки браузера и т.д., а изображение с камеры станет крупнее.
Подключение RoboCam к EV3
Прежде чем подключать приложение RoboCam к EV3 убедитесь, что у вашего робота EV3 и смартфона включён Bluetooth и что они спарены. Также убедитесь, что моторы подключены именно к тем портам, которые указаны в настройках робота. Название текущих настроек написано в подсказке к средней кнопке во второй строке, на картинке ниже, это «Исследователь EV3». Если вы собрали Исследователя EV3 по моей схеме (см. выше) и после установки приложения RoboCam не меняли настройки, то будьте уверены, что всё настроено правильно. Подробно о настройках будет написано ниже.
Итак, если всё готово, нажмите на центральную пурпурную кнопку. Если у вас на смартфоне Bluetooth оказался выключен, то вы увидите запрос на его включение. Нажмите «Да».
Дальше вы увидите, что кнопка начнёт мигать, а вместо подсказки появится список спаренных через Bluetooth устройств. Выберите здесь вашего робота EV3 (на картинке – это «EV3», но у вас в настройках EV3 может быть выставлено другое имя).
После этого приложение подключится к EV3.
Если в это время клиент подключен к серверу RoboCam, то вы увидите, как появятся джойстики (прямоугольный и круглый джойстики на картинке снизу). После этого вы сразу можете управлять роботом.
В настройках по умолчанию для Исследователя EV3 у вас будут два джойстика: круглый и вертикальный (см. картинку выше). Вертикальным джойстиком управляется рамка-держатель смартфона, а круглым – движения робота. Иконка с изображением ладони сверху справа, меняет джойстики местами, чтобы быстро переключать управление для левши и правши. Подробнее о джойстиках будет написано ниже.
Остановка сервера RoboCam и отключение EV3
После того как вы закончили управлять роботом перед тем как закрыть приложение RoboCam рекомендуется остановить сервер RoboCam и отключить EV3 от смартфона. Это можно делать в любом порядке. Для того чтобы остановить сервер нажмите на зелёную кнопку слева. После этого фон кнопки станет белым, а подсказка покажет «Сервер RoboCam выключен». Чтобы отключить EV3, нажмите на центральную пурпурную кнопку. После этого фон кнопки станет белым, а на подсказке в верхней строке вы увидите надпись «EV3 не подключен». При этом моторы остановятся или примут первоначальное положение в зависимости от настроек.
Чтобы перейти в настройки, нажмите на серую кнопку справа.
Настройки разделены на 2 части: настройки сервера и настройки робота. Сначала давайте посмотрим, что есть в настройках сервера. Выберите «Сервер».
Настройки сервера делятся на 2 группы: настройки камеры и настройки безопасности. В настройках камеры можно выбрать камеру (фронтальную или тыловую), размер изображения и качество JPEG. Чем меньше вы установите размер изображения, тем плавнее и быстрее будет передача видео клиенту, но ухудшится качество картинки. Аналогично влияет передачу видео и качество JPEG: чем лучше качество JPEG (90 и более процентов), тем лучше картинка, но медленнее скорость, и наоборот, чем хуже качество JPEG (40 и менее процентов), тем быстрее скорость, но хуже картинка. Выберите то, что оптимально для вас.
В настройках безопасности вы можете поменять имя и пароль водителя (по умолчанию – имя «admin» и пароль – «123»). Также по умолчанию включены наблюдатели. Наблюдатели могут параллельно с вами видеть изображение с камеры, но не могут управлять роботом. Для наблюдателя также можно задать имя и пароль (по умолчанию здесь используется имя «guest» и пароль «123»). Чтобы выключить наблюдателей, уберите галку «Разрешить наблюдателей».
Количество водителей и наблюдателей не ограничено, однако подключение более одного водителя может вызвать конфликты при одновременном управлении и передаче видео потока. Не рекомендуется подключаться к серверу RoboCam более одного водителя. Большое количество наблюдателей может также негативно сказаться на передаче видео. Желательно уменьшить количество наблюдателей до минимума или вообще отключить эту функцию.
После изменения настроек, вы можете сохранить их, нажав на кнопку «СОХРАНИТЬ» справа сверху или выйти без сохранения, нажав на кнопку «ОТМЕНА» или стрелку слева сверху. После сохранения настроек сервера клиенты могут быть отключены, и нужно будет подключаться снова.
Список настроек роботов
Вторая часть настроек программы RoboCam – это настройки роботов. Нажмите «Робот», чтобы перейти к списку настроек роботов.
В списке настроек роботов вы можете увидеть настройки для всех ваших роботов. Вы в любой момент можете добавить или удалить настройки нажав, соответственно, кнопку «ДОБАВИТЬ» или «УДАЛИТЬ» сверху справа. А сразу под кнопками вы можете увидеть текущие настройки. С помощью этого пункта происходит переключение между настройками для ваших роботов. Теперь давайте посмотрим настройки Исследователя EV3. Для этого выберите в списке «Исследователь EV3».
В самом верху указана общая информация: название робота и описание. Название и описание отображаются в списке, чтобы вы могли легко найти нужные настройки. Также название отображается в основном экране программы под центральной кнопкой, с помощью которой вы подключаетесь к EV3. Ниже идут настройки джойстиков.
Всего вы можете настроить до 4-х джойстиков, но одновременно на экране у клиента будет видна только одна пара джойстиков 1-2 или 3-4. Однако если вы будете использовать джойстик 1 и 3, то они всё равно не будут видны одновременно, т.к. относятся к разным парам, и вы будете видеть либо джойстик 1, либо джойстик 3. Видимость каждого джойстика включается галочкой «Видимость ». Если вы включили 2 пары джойстиков, то на экране клиента появится кнопка для переключения между парами.
Итак, в настройках вы можете увидеть группы «Джойстик 1», «Джойстик 2», «Джойстик 3» и «Джойстик 4». В каждой из них собраны настройки для одного джойстика. Давайте посмотрим настройки для «Джойстика 1». Галочка «Видимость», как вы уже поняли, показывает или прячет джойстик. Если галочка не установлена, то и настройки для этого джойстика будут спрятаны.
Чуть ниже в выпадающем списке «Форма » вы можете выбрать форму джойстика, а вместе с формой и его характеристики. Доступны следующие формы джойстиков: вертикальная, горизонтальная, круглая, квадратная, стрелки, вертикальные стрелки и горизонтальные стрелки. Вот как выглядят перечисленные джойстики:
Вертикальный джойстик воспринимает только высоту прикасания к нему, т.е. ему всё равно, прикоснулись вы к нему левее или правее, главное на какой высоте. Координата касания для него будет в пределах от -100 в самой нижней точке до 100 в самой высокой точке с 0 посередине.
Горизонтальный джойстик работает аналогично, но по горизонтали. Для него всё равно, на какой высоте происходит касание, главное слева или справа. Здесь координата касания вычисляется по горизонтали от -100 в самой левой точке до 100 в самой правой точке с 0 посередине.
Круглый и квадратный джойстики похожи. Здесь определяются координаты касания по горизонтальной и вертикальной осям, также в пределах от -100 до 100 с 0 по центру. Но в круглом джойстике касания не могут выйти за пределы круга. Т.е. если точка касания находится за пределом круга, то будет взята точка, находящаяся на пересечении линии от точки касания до центра круга с окружностью. Нагляднее это видно на рисунке ниже.
Джойстики-стрелки не чувствительны к точке касания, главное, к какой стрелке вы прикасаетесь. Если вы касаетесь стрелки вверх, то считается, что координата джойстика по вертикали будет 100, а по горизонтали 0. Для стрелки вниз, горизонтальная координата джойстика также будет 0, а вертикальная превратится в -100. Аналогично со стрелками влево и вправо: вертикальная координата джойстика будет равна 0, а горизонтальная будет соответственно -100 и 100.
Сразу под формой выбирается тип джойстика в выпадающем списке «Тип ». Здесь можно выбрать одно из следующих значений: «Независимые моторы», «Руление 1», «Руление 2» и «Почтовый ящик».
Джойстики с типами «Руление 1 » и «Руление 2 » позволяют управлять роботом с двумя независимыми ведущими колёсами, таким как Исследователь EV3. Координаты прикосновения к таким джойстикам будут автоматически трансформироваться в команды двигателям. Для джойстика нужно будет только выбрать, на каком порту будет левое, а на каком правое колёса. Но об этом будет написано чуть ниже.
«Руление 1» позволит управлять двухколёсным роботом, как автомобилем. Здесь вы не сможете развернуть робота на месте. Чем ближе касание к центру по вертикали, тем ниже скорость. «Руление 2» позволяет роботу крутиться на месте.
Джойстик с типом «Независимые моторы » преобразует горизонтальную координату касания в команды мотору независимо от вертикальной координаты. Для джойстика нужно будет указать, какой мотор будет управляться при изменении горизонтальной координаты, а какой при изменении вертикальной координаты. Этот тип джойстика можно использовать для управления машиной, у которой один мотор поворачивает руль, а второй мотор крутит ведущие колёса. В этом случае изменение горизонтальной координаты нужно настроить на вращение первого мотора, а изменение вертикальной координаты – на вращение второго мотора.
Джойстик с типом «Почтовый ящик » будет просто передавать координаты прикосновения в почтовые ящики EV3. Чтобы ваш робот ожил, вам нужно будет написать программу для EV3, которая будет обрабатывать эти координаты. С помощью джойстика такого типа вы можете сделать более сложные модели управления роботом, т.к. можете реализовать свой собственный алгоритм преобразования координат снятых с джойстика в команды моторам. Например, вы сможете сделать управление Гиробоем EV3. Джойстик 1 передаёт координаты в почтовые ящики с именами x и y, джойстик 2 – в почтовые ящики w и z, джойстик 3 – в почтовые ящики a и b и джойстик 4 – в почтовые ящики c и d.
Следующие две настройки «Окончание прикосновения (для горизонтальной оси) » и «Окончание прикосновения (для вертикальной оси) » определяют, что будет происходить, когда вы перестали прикасаться к джойстику. Здесь можно выбрать один из двух вариантов: «Возвращаться к нулю» или «Сохранять позицию». Возвращение к нулю имеет смысл использовать в большинстве ситуаций, например, если вам нужно чтобы робот остановился, когда вы перестали прикасаться к джойстику, как раз подходит вариант «Возвращаться к нулю». Вариант с сохранением позиции будет полезен, когда нужно помнить последнюю координату касания. Этот вариант используется, например, для наклона рамки Исследователя EV3. Эта настройка доступна для всех форм джойстика кроме джойстиков-стрелок.
Если вы используете тип джойстика «Независимые моторы», «Руление 1» или «Руление 2», то ниже вы найдёте настройки портов для этого джойстика. Порты, которыми будет управлять джойстик можно добавлять и удалять. Для этого есть кнопки «ДОБАВИТЬ» и «УДАЛИТЬ». Количество портов не ограничено. Снизу на первом рисунке показаны настройки для джойстика с типом «Независимые моторы», а на втором рисунке для джойстика с типами «Руление 1» и «Руление 2». Как видите, есть небольшая разница.
Давайте пробежимся по настройкам портов. Настройка «Ось джойстика » появляется только для джойстика с типом «Независимые моторы». Варианта здесь два: «Горизонтальная» и «Вертикальная». Если вы выбрали «Горизонтальная», то мотор будет реагировать только при изменении координаты прикосновения по горизонтальной оси, а если выбрали «Вертикальная» - то на прикосновения по вертикальной оси.
Настройка «Мотор » появляется только для джойстика с типом «Руление 1» или «Руление 2». Здесь вы выбираете между «Левый» и «Правый».
Настройка «Модуль EV3 » понадобится, если вы собрали робота с использование нескольких модулей EV3, соединённых в «гирлянду». Здесь можно выбрать номер модуля от 1 до 4. Если у вас используется только один модуль EV3, то здесь всегда должна быть 1.
Настройкой «Номер порта » вы можете выбрать порт мотора от A до D.
Настройка «Изменяемое значение » появляется только для джойстика с типом «Независимые моторы». Здесь возможно два варианта: «Мощность мотора» и «Угол поворота мотора». Если вы выбрали «Мощность мотора », то джойстик будет влиять на мощность мотора, т.е. чем дальше от центра джойстика вы касаетесь, тем быстрее будет крутиться мотор. Если вы выбрали «Угол поворота мотора », то джойстик будет влиять на угол поворота мотора, т.е. чем дальше от центра джойстика вы касаетесь, тем на больший угол повернётся мотор. В этом случае мощность для мотора будет настраиваться настройкой «Мощность ». Чем больше будет эта цифра, тем быстрее мотор будет реагировать на изменение координаты касания, и тем лучше он будет держать угол.
Установка галочки «Инвертировать » позволит инвертировать вычисленную мощность или угол, а «Коэффициент » увеличить или уменьшить вычисленное значение.
При установке галочки «Тормозить », моторы будут останавливаться быстро, т.е. будут тормозить. При снятии этой галочки моторы будут некоторое время крутиться по инерции до полной остановки.
Вот собственно и все настройки, которые есть в программе RoboCam. Если что-то непонятно, пишите в комментариях.
Подключение без роутера
Теперь немного трюков, которые могут сделать использование приложения RoboCam немного удобнее. Если поблизости нет роутера, например, если вы находитесь на улице, вы можете организовать подключение между смартфоном 1 и смартфоном или планшетом 2 напрямую. Для этого вам нужно включить точку доступа на смартфоне 1 (точка доступа в системе Android обычно включается в настройках сетевых подключений). После включения смартфон 1 превратится в роутер W-Fi и вы без проблем сможете подключить к нему планшет или смартфон 2. Вот так схематично будет выглядеть подключение.
Адрес сервера RoboCam вы сможете точно так же узнать из подсказки к кнопке. В большинстве случаев, для такой точки доступа адрес всегда будет http://192.168.43.1:8088.
Использование смартфона 1 как джойстик
Есть ещё один трюк, который вы можете проделать с приложением RoboCam. На смартфоне 1 (на котором у вас установлено приложение RoboCam) запустите сервер, подключитесь к роботу, а затем на этом же смартфоне запустите браузер (естественно такой, который поддерживает HTML5) и перейдите по адресу http://localhost:8088. Вы увидите страничку для ввода логина и пароля. Войдите как водитель. После входа вы увидите джойстики и сможете управлять роботом. Правда в этом случае изображение с камеры передаваться не будет. Wi-Fi можно отключить.
Итог
Надеюсь, я дал достаточное количество информации о том, как можно использовать приложение RoboCam. Если остались вопросы по программе или есть предложения, можете оставлять их в комментариях к этой статье или в сообществе
Какой самый самый известный конструктор в мире? Конечно Lego! А какая самая известная платформа для обучения робототехнике? Конечно Lego Mindstorms! Разберемся почему.
Lego: от ремесла плотника к лидерству в мире игрушек
Компания Lego основана в 1932 году. Ее основатель — датчанин Оле Кирк Кристиансен . Будучи плотником, он сначала основал фирму по производству изделий для дома, а позже занялся еще и производством деревянных кубиков для детей. Фирма получила название Lego, соединив датские слова leg — играть и godt — хорошо.
В 1947 году компания Lego начала выпуск пластиковых игрушек и уже в 1949 появились знаменитые защелкивающиеся кирпичики Lego.
Основными идеями Lego являются модульность и совместимость. Хотя кирпичики за 65 лет своего существования меняли дизайн и форму, они абсолютно совместимы между собой. Современные элементы вполне можно присоединить к элементам 40-летней давности.
Сегодня сфера деятельности Lego конечно много шире, чем производство игрушек. Компания создает одежду, фильмы, игры, организует конкурсы, в том числе робототехнические. В мире открыты музеи Lego тематические парки развлечений — леголенды, которые практически полностью построены из кубиков Lego.
Из Lego можно собирать модели автомобилей, самолетов, кораблей, зданий, и, конечно, роботов. С конца прошлого века Lego выпускает специальный робототехнический конструктор, который сегодня стал лидером образовательной робототехники.
Lego Mindstorms: робототехника для всех
Идея добавить к стандартным деталям Lego электронный программируемый блок, датчики и электродвигатели, сделать программирование простым и понятным детям и разработать специальный конструктор для создания роботов оживила не только Lego-конструкции, но и всю компанию. С 1991 года 11 лет подряд компания несла убытки. И именно робототехническое направление спасло ситуацию.
Впервые робототехнический конструктор Lego Mindstorms был представлен в 1998 году. B 2006 году вышла вторая версия конструктора — NXT , и в начале 2013 года появился EV3 (сокращение от Evolution 3 ).
Слева направо коробочные версии Lego Minstorms 1998 г, 2006 г, 2013 г
Сердцем конструктора является микрокомпьютер (микроконтроллер), он же P-brick, или Р-кирпич (от Programmable brick — программируемый кирпич). Стандартные детали Lego (балки, шестерни, оси, колеса) мало изменяются с развитием конструктора, наибольшие изменения претерпевает именно микрокомпьютер.
Первую версию конструктора комплектовали микрокомпьютером RCX , вторую — NXT , а в составе современной версии — EV3 .
Слева направо микрокомпьютеры Lego: RCX (1998 г.), NXT (2006 г.), EV3 (2013 г.)
С развитием конструктора производитель придерживается политики обратной совместимости, т.е. детали от старых версий могут использоваться совместно с новым конструктором. Так, например, датчики от NXT-версии могут использоваться с EV3. Развитие конструктора в ногу со временем — это прежде всего развитие микрокомпьютера и среды программирования. Важным отличием современного блока EV3 является то, что он работает на свободно распространяемой операционной системе Linux.
Технические характеристики микрокомпьютера Lego EV3:
- Процессор — ARM9 (в конструкторе NXT 2.0 использовался ARM7);
- оперативная память — 64 мегабайт;
- FLASH память — 16 мегабайт;
- слот расширения SD;
- USB 2.0 с поддержкой подключения Wi-Fi;
- Bluetooth 2.1;
- монохромный экран разрешением 178×128 пикселей;
- четыре порта ввода;
- четыре порта вывода;
- шестикнопочный интерфейс управления;
- высококачественный интегрированный динамик;
- автономное питание от шести батарей типа АА, либо с использованием аккумулятора постоянного тока EV3 2050 мАч;
- операционная система Linux.
Видео-обзор микрокомпьютера Lego EV3:
Состав Lego Mindstorms EV3
Конструктор Lego Mindstorms — это набор стандартных деталей Lego, микрокомпьютер и датчики.
Компоненты Lego Mindstorms EV3
Конструктор был разработан для двух целевых аудиторий: для домашнего пользования (дети и любители) и для использования в образовательных учреждениях (ученики и преподаватели). Для каждой группы создан базовый набор — соответственно коробочная версия Lego EV3 и образовательная версия Lego EV3 .
Также для каждой группы выпускается несколько дополнительных наборов. Например, ресурсный набор, являющийся дополнительным, — это просто набор дополнительных стандартных деталей Lego, расширяющий возможности конструктора. Четкой границы между коробочной и образовательной версией нет — это один и тот же конструктор, имеющий немного разную комплектацию.
Сегодня этот набор достаточно активно внедряется в России в образовательную робототехнику для дошкольников и младших школьников.
Такой конструктор позволяет собрать и запрограммировать при помощи компьютера множество базовых моделей по инструкции, а также придумывать свои. В наборе детали, совместимые со стандартными кирпичиками Lego.
Состав набора Lego Education WeDo:
- 158 строительных элементов;
- USB Lego-коммутатор;
- мотор;
- датчик наклона;
- датчик расстояния.
Через коммутатор осуществляется управление датчиками и моторами при помощи программного обеспечения WeDo. Через разъемы коммутатора подается питание на моторы и осуществляется обмен данными между датчиками и компьютером.
Видео презентация набора Lego WeDo:
Lego Education WeDo — не только конструктор, но полное методическое обеспечение, готовое к внедрению в учебный процесс. Это отличное начало для занятий робототехникой.
Найти кружки робототехники, где используется Lego WeDo, можно в нашем .
LEGO Education WeDo 2.0
Upd. 4.12.2017: LEGO Education в начале 2016 года новую версию образовательного конструктора робототехники для детей WeDo 2.0 (арт.45300).
В состав базового набора Lego WeDo 2.0 входят новые версии коммутатора, датчиков наклона и движения, двигателя. К сожалению, новый конструктор не совместим с моторами и датчиками Lego WeDo предыдущей версии, т.к его микропроцессор (СмартХаб) имеет другие разъемы подключения. СмартХаб WeDo 2.0 подключается к компьютеру или планшету по протоколу Bluetooth 4.0.
Есть ли альтернатива Lego в образовательной робототехнике?
Сегодня платформа Lego является безусловным лидером образовательной робототехники. Наборами Lego Mindstorms оснащены кружки робототехники во многих странах мира. На лидирующих позициях Lego Mindstorms и в российских .
Каковы причины такого лидерства? Их несколько.
Во-первых, это безусловно качество платформы, ее, с одной стороны, обучающие, с другой — конструкторские возможности. Из этого конструктора можно построить не только игрушечных роботов, но и прототипы таких серьезных конструкций как, например, и т.п. Причем придумывать и реализовывать все это могут дети. А еще из Mindstorms можно сделать робота, который !
Робот-венероход на WRO-2014 в Казани
Есть ли альтернативы по функционалу? В общем, да. Это, например, корейский , немецкий , отечественный ТРИК и другие. Перечисленные платформы схожи по цене с Lego. Есть и более дорогие конструкторы.
Во-вторых, это мощное олимпиадное робототехническое движение на основе Lego. Конкурсы мирового уровня — такие как и , а также множество региональных мероприятий и фестивалей содержат в своих регламентах требование использовать Lego.
Производители альтернативных Lego конструкторов также продвигают соревнования на основе своих платформ — так молодежные соревнования по робототехнике полностью основываются на конструкторах HUNA. Набирают популярность и мультиплатформенные соревнования. В России это и только что объявленный ИКаР .
В-третьих, преемственность Lego Mindstorms. До него может быть описанный выше WeDo , после — TETRIX и MATRIX. Последние два используют контроллеры NXT и EV3, но предлагают значительное механическое и конструктивное расширение. С учетом того, что современные дети знакомятся с Lego в возрасте еще до года, то продолжать с ним работать и дальше кажется естественным и более простым.
В-четвертых, на популярность Lego играет и фактор времени — он просто был первым в этой области и завоевал рынок. Есть сложившиеся сообщества в разных странах, есть множество разработок, есть значительный опыт по использованию в образовании.
Основной модуль конструктора Lego Mindstorms EV3 может работать с прошивкой leJOS , позволяющей запускать Java-приложения. Специально для этого Oracle выпустил и поддерживает отдельную версию полноценной Java SE .
Нормальная JVM позволила мне использовать встроенный в нее протокол Java Management Extensions (JMX), чтобы реализовать удаленное управление роботом-манипулятором. Для объединения управляющих элементов, показаний датчиков и картинок с установленных на роботе IP-камер используется мнемосхема, сделанная на платформе AggreGate.
Сам робот состоит из двух основных частей: шасси и руки-манипулятора. Они управляются двумя полностью независимыми компьютерами EV3, вся их координация осуществляется через управляющий сервер. Прямого соединения между компьютерами нет.
Оба компьютера подключены к IP-сети помещения через Wi-Fi адаптеры NETGEAR WNA1100. Робот управляется восемью двигателями Mindstorms - из них 4 «большие» и 4 «маленькие». Также установлены инфракрасный и ультразвуковой датчики для автоматической остановки у препятствия при движении задним ходом, два датчика прикосновения для остановки поворота манипулятора из-за препятствия, и гироскопический датчик, облегчающий ориентировку оператора при помощи визуализации положения плеча.
В шасси установлены два двигателя, каждый из которых передает усилие на пару гусеничных приводов. Еще один двигатель поворачивает всю руку-манипулятор целиком на 360 градусов.
В самом манипуляторе два двигателя отвечают за подъем и опускание «плеча» и «предплечья». Еще три двигателя занимаются подъемом/опусканием кисти, ее поворотом на 360 градусов и сжиманием/разжиманием «пальцев».
Самым сложным механическим узлом является «кисть». Из-за необходимости выноса трех тяжелых двигателей в район «локтя» конструкция получилась достаточно хитрой.
В целом все выглядит так (коробок спичек был с трудом найден для масштаба):
Для передачи картинки установлены две камеры:
- Обычный Android-смартфон с установленным приложением IP Webcam для общего обзора (на снимке HTC One)
- Автономная Wi-Fi микро-камера AI-Ball , установленная прямо на «кисти» манипулятора и помогающая хватать предметы сложной формы
Программирование EV3
ПО самого робота получилось максимально простым. Программы двух компьютеров очень похожи, они запускают JMX сервер, регистрируют MBean"ы, соответствующие двигателям и датчикам, и засыпают в ожидании операций по JMX.Код главных классов ПО руки-манипулятора
public class Arm
{
public static void main(String args)
{
try
{
EV3Helper.printOnLCD("Starting...");
EV3Helper.startJMXServer("192.168.1.8", 9000);
MBeanServer mbs = ManagementFactory.getPlatformMBeanServer();
EV3LargeRegulatedMotor motor = new EV3LargeRegulatedMotor(BrickFinder.getDefault().getPort("A"));
LargeMotorMXBean m = new LargeMotorController(motor);
ObjectName n = new ObjectName("robot:name=MotorA");
mbs.registerMBean(m, n);
// Registering other motors here
EV3TouchSensor touchSensor = new EV3TouchSensor(SensorPort.S1);
TouchSensorMXBean tos = new TouchSensorController(touchSensor);
n = new ObjectName("robot:name=Sensor1");
mbs.registerMBean(tos, n);
// Registering other sensors here
EV3Helper.printOnLCD("Running");
Sound.beepSequenceUp();
Thread.sleep(Integer.MAX_VALUE);
}
catch (Throwable e)
{
e.printStackTrace();
}
}
}
public class EV3Helper
{
static void startJMXServer(String address, int port)
{
MBeanServer server = ManagementFactory.getPlatformMBeanServer();
try
{
java.rmi.registry.LocateRegistry.createRegistry(port);
JMXServiceURL url = new JMXServiceURL("service:jmx:rmi:///jndi/rmi://" + address + ":" + String.valueOf(port) + "/server");
Map
Для каждого типа датчика и мотора создан интерфейс MBean"а и реализующий его класс, которые напрямую делегирует все вызовы классу, входящему в leJOS API.
Пример кода интерфейса
public interface LargeMotorMXBean { public abstract void forward(); public abstract boolean suspendRegulation(); public abstract int getTachoCount(); public abstract float getPosition(); public abstract void flt(); public abstract void flt(boolean immediateReturn); public abstract void stop(boolean immediateReturn); public abstract boolean isMoving(); public abstract void waitComplete(); public abstract void rotateTo(int limitAngle, boolean immediateReturn); public abstract void setAcceleration(int acceleration); public abstract int getAcceleration(); public abstract int getLimitAngle(); public abstract void resetTachoCount(); public abstract void rotate(int angle, boolean immediateReturn); public abstract void rotate(int angle); public abstract void rotateTo(int limitAngle); public abstract boolean isStalled(); public abstract void setStallThreshold(int error, int time); public abstract int getRotationSpeed(); public abstract float getMaxSpeed(); public abstract void backward(); public abstract void stop(); public abstract int getSpeed(); public abstract void setSpeed(int speed); }
Пример кода реализации MBean"а
public class LargeMotorController implements LargeMotorMXBean { final EV3LargeRegulatedMotor motor; public LargeMotorController(EV3LargeRegulatedMotor motor) { this.motor = motor; } @Override public void forward() { motor.forward(); } @Override public boolean suspendRegulation() { return motor.suspendRegulation(); } @Override public int getTachoCount() { return motor.getTachoCount(); } @Override public float getPosition() { return motor.getPosition(); } @Override public void flt() { motor.flt(); } @Override public void flt(boolean immediateReturn) { motor.flt(immediateReturn); } // Similar delegating methods skipped }
Как ни странно, на этом программирование закончилось. На стороне сервера и операторского рабочего места не было написано ни одной строчки кода.
Подключение к серверу
Непосредственное управление роботом осуществляет сервер IoT-платформы AggreGate . Установленная бесплатная версия продукта AggreGate Network Manager включает драйвер протокола JMX и позволяет подключить до десяти JMX-хостов. Нам понадобится подключить два - по одному на каждый кирпичик EV3.Прежде всего, нужно создать аккаунт JMX устройства, указав в настройках URL, заданный при запуске JMX сервера:
Свойства соединения с JMX-устройством
После этого выбираем активы (т.е. MBean"ы в данном случае), которые будут добавлены в профиль устройства:
Выбор MBean"ов
И через несколько секунд смотрим и меняем текущие значения всех опрошенных свойств MBean"ов:
Снимок устройства
Можно также потестировать различные операции вызывая вручную методы MBean"ов, например forward() и stop().
Список операций
Далее настраиваем периоды опроса для датчиков. Высокая частота опроса (100 раз в секунду) используется, так как управляющий сервер находится в локальной сети вместе с роботом и именно сервер принимает решения об остановке вращения при упоре в препятствие и т.п. Решение, безусловно, не промышленное, но в хорошо работающей Wi-Fi сети в рамках одной квартиры показало себя вполне адекватным.
Периоды опроса
Интерфейс оператора
Теперь переходим к созданию интерфейса оператора. Для этого сначала создаем новый виджет и накидываем в него нужные компоненты. В конечном работающем варианте выглядит он так:
По сути, весь интерфейс состоит из нескольких панелей с кнопками, слайдерами и индикаторами, сгруппированными в различные сеточные раскладки, и двух больших видео-плееров, транслирующих картинки с камер.
Вид изнутри редактора интерфейсов
Вся форма:
Вид с показанными панелями-контейнерами:
Теперь, как говорят АСУТПшники, осталось «оживить мнемосхему». Для этого применяются так называемые привязки связывающие свойства и методы графических компонентов интерфейса со свойствами и методами серверных объектов. Так как компьютеры EV3 уже подключены к серверу, серверными объектами могут быть и MBean"ы нашего робота.
Весь интерфейс оператора содержит около 120 привязок, большая часть из которых однотипна:
Половина однотипных привязок реализует управление при помощи кликов на кнопки, расположенные на мнемосхеме. Это красиво, удобно для тестирования, но совершенно непригодно для реального передвижения робота и перемещения грузов. Активаторами привязок из этой группы являются события mousePressed и mouseReleased различных кнопок.
Вторая половина привязок позволяет управлять роботом с клавиатуры, предварительно нажав на кнопку Keyboard Control. Эти привязки реагируют на события keyPressed и keyReleased , а в условии каждой привязки прописано, на какой именно код кнопки нужно реагировать.
Все управляющие привязки вызывают методы forward() , backward() и stop() различных MBean"ов. Поскольку доставка событий происходит асинхронно, важно, чтобы вызовы функций forward() /backward() и последующие вызовы stop() не перепутались. Для этого привязки, вызывающие методы одного MBean"а, добавлены в одну очередь (Queue).
Две отдельные группы привязок выставляют начальные скорости и ускорения двигателей (сейчас это реализовано на стороне сервера при помощи модели, поэтому эти привязки отключены) и меняют скорости/ускорения при перемещении ползунков Speed и Acceleration.
В статье содержится описание опыта использования конструктора Lego Mindstorms EV3 для создания прототипа робота с его последующим программным и ручным управлением при помощи Robot Control Meta Language (RCML).
- Сборка прототипа робота на базе конструктора Lego Mindstorms EV3
- Быстрая установка и настройка RCML для Windows
- Программное управление роботом на базе контроллера EV3
- Ручное управление периферией робота с помощью клавиатуры и геймпада
1. Для начала из конструктора Lego Mindstorms EV3 был создан прототип робота, который будет использоваться для программирования и ручного пилотирования.
Описание прототипа робота
Робот имеет конструкцию схожую с автомобильным шасси. Два мотора, установленные на раме, имеют одну общую ось вращения, которая соединена с задними колесами через редуктор. Редуктор преобразует крутящий момент путем увеличения угловой скорости задней оси. Рулевое управление собрано на базе конического редуктора.
2. Следующий шаг - подготовка RCML для работы с конструктором Lego Mindstorms EV3.
Следует скачать архивы с исполняемыми файлами и файлами библиотек и .
Скаченные архивы нужно извлечь в каталог с произвольным именем, однако следует избегать русских букв в названии.
Содержимое каталога после распаковки в него архивов
Далее необходимо создать файл конфигурации config.ini, который необходимо расположить в этом же каталоге. Для реализации возможности управления контроллером EV3 при помощи клавиатуры и геймпада, следует подключить модули lego_ev3, keyboard и gamepad.
Листинг конфигурационного файла config.ini для RCML
Module = lego_ev3 module = keyboard module = gamepad
Далее следует произвести сопряжение контроллера EV3 и адаптера.
Инструкция для сопряжения контролера EV3 и Bluetooth адаптера
Инструкция содержит пример сопряжения контроллера Lego Ev3 и ПК под управлением операционной системы Windows 7.
1. Нужно перейти в раздел настроек контроллера Ev3, далее в пункт меню «Bluetooth».
2. Следует убедиться в правильности установки параметров конфигурации. На против пунктов “Visibility”,” Bluetooth” должны быть установлены галочки.
3. Необходимо перейти в «Панель управления», далее «Устройства и принтеры», далее «Устройства Bluetooth».
4. Необходимо нажать кнопку «Добавление устройства». Откроется окно для выбора доступных Bluetooth устройств.
5. Следует выбрать устройство “EV3” и нажать кнопку «Далее».
6. На экране контроллера EV3 отразится диалоговое окно «Connect?». Нужно выбрать вариант галочки, и подтвердить свой выбор нажатием центральной клавиши.
7. Далее отобразиться диалоговое окно «PASSKEY», в строке ввода должны быть указаны цифры «1234», далее следует подтвердить ключевую фразу для сопряжения устройств, путем нажатия центральной клавиши на позиции с изображением галочки.
8. В мастере сопряжения устройства появится форма для ввода ключа для сопряжения устройств. Нужно ввести код «1234» и нажать клавишу «Далее».
10. На ПК необходимо вернуться в «Панель управления», далее «Устройства и принтеры», далее «Устройства Bluetooth». В списке доступных устройств отобразится устройство, с которым было произведено сопряжение.
11. Следует двойным нажатием зайти в свойства подключения “EV3”.
14. Указанный в свойствах индекс COM-порта, следует использовать в конфигурационном файле config.ini модуля lego_ev3. В примере показаны свойства Bluetooth подключения контроллера Lego EV3 с использованием стандартного последовательного порта COM14.
Дальнейшая конфигурация модуля сводится к тому, что необходимо прописать в конфигурационном файле модуля lego_ev3 адрес COM-порта, через который осуществляется коммуникация с роботом Lego.
Листинг конфигурационного файла config.ini для модуля lego_ev3
Connection = COM14
dynamic_connection = 0
Теперь необходимо произвести настройку модуля keyboard. Модуль находится в каталоге control_modules, далее keyboard. Следует создать конфигурационный файл config.ini рядом с файлом keyboard_module.dll. Перед тем, как создать конфигурационный файл, необходимо определить, какие действия должны быть совершены по нажатию клавиш.
Модуль клавиатуры позволяет задействовать клавиши, которые имеют определенный числовой код. Таблицу виртуальных кодов клавиш можно посмотреть .
В качестве примера, буду использовать нажатия следующих клавиш:
- Стрелки вверх/вниз используются для вращения мотора задних колес вперед/назад
- Стрелки влево/вправо поворачивают колеса влево/вправо
Правила описания осей для модуля keyboard
1. При добавлении новой оси, необходимо в секцию добавить свойство, имя которого есть имя оси, и присвоить ему значение кнопки клавиатуры в HEX формате, при этом на каждую кнопку заводится подобная запись, т.е. имя оси может быть использовано несколько раз. В общем случае запись в секцию будет выглядеть следующим образом:
Имя_оси = значение_кнопки_клавиатуры_в_HEX_формате
2. Необходимо установить максимальное и минимальное значение, которое может откладываться по данной оси. Для этого необходимо с новой строки добавить секцию в конфигурационном файле config.ini
, одноименную с именем оси, и задать свойства upper_value
и lower_value
, которые соответствуют максимум и минимуму оси соответственно. В общем виде данная секция выглядит следующим образом:
[имя_оси]
upper_value = максимальное_значение_оси
lower_value = минимальное_значение_оси
3. Далее следует определить, какое значение будет иметь ось в случае нажатия кнопки на клавиатуре, которая ранее была прикреплена к ней. Определение значений происходит посредством создания секции, название которой состоит из имени оси и значения кнопки клавиатуры в HEX
формате, разделенные между собой символом нижнего подчеркивания. Для задания значения по умолчанию (в не нажатом) и нажатом состоянии используются свойства unpressed_value
и pressed_value
соответственно, в которые передаются значения. Общий вид секции в таком случае выглядит следующим образом:
[имя-оси_значение-кнопки-клавиатуры]
pressed_value = значение_оси_при_нажатой_клавише
unpressed_value = значение_оси_при_отжатой_клавише
Текст спойлера для удобства просмотра скопирован из документации по RCML .
Для реализации управления прототипом робота был создан конфигурационный файл модуля keyboard, который включает в себя оси go и rotate. Ось go используется для задания направления движения робота. При нажатии клавиши “стрелка вверх” ось получит значение 100, при нажатии клавиши “стрелка вниз” ось примет значение -50. Ось rotate используется для установки угла поворота передних колес. При нажатии клавиши “стрелка влево” значение оси будет равно -5, при нажатии «стрелки вправо» ось примет значение 5.
Листинг конфигурационного файла config.ini для модуля keyboard
;Обязательная секция
;название_оси = код_клавиши (в HEX формате)
;Ось go получает значения от стрелки_вверх
go = 0x26
;Ось go получает значения от стрелки_вниз
go = 0x28
;Ось rotate получает значения от стрелки_влево
rotate = 0x25
;Ось rotate получает значения от стрелки_вправо
rotate = 0x27
;Описание оси go, всегда должно иметь оба ключа
;Верхняя граница значений оси go
upper_value = -100
;Нижняя граница значений оси go
lower_value = 100
;Описание оси rotate, всегда должно иметь оба ключа
;Верхняя граница значений оси rotate
upper_value = -100
;Нижняя граница значений оси rotate
lower_value = 100
;Описание поведения оси go для клавиши *стрелка_вверх* (0x26)
;При нажатии клавиши *стрелка_вверх* значение оси задать равным 50
pressed_value = 100
;При отпускании клавиши *стрелка_вверх* значение оси задать равным 0
unpressed_value = 0
;Описание поведения оси go для клавиши *стрелка_вниз* (0x28)
;При нажатии клавиши *стрелка_вниз* значение оси задать равным -50
pressed_value = -50
;При отпускании клавиши *стрелка_вниз* значение оси задать равным 0
unpressed_value = 0
;Описание поведения оси rotate для клавиши *стрелка_влево* (0x25)
;При нажатии клавиши *стрелка_влево* значение оси задать равным -5
pressed_value = -5
;При отпускании клавиши *стрелка_влево* значение оси задать равным 0
unpressed_value = 0
;Описание поведения оси rotate для клавиши *стрелка_вправо* (0x27)
;При нажатии клавиши *стрелка_вправо* значение оси задать равным 5
pressed_value = 5
;При отпускании клавиши *стрелка_вправо* значение оси задать равным 0
unpressed_value = 0
Далее для реализации управления при помощи геймпада, необходимо настроить модуль gamepad. Конфигурирование модуля включает в себя создание конфигурационного файла config.ini рядом с gamepad_module.dll, находящего в каталоге control_modules, далее gamepad.
Универсальный файл конфигурации модуля для взаимодействия с геймпадом
;Обязательная секция описания используемых осей
;Ось для завершения режима ручного управления
Exit = 9
; 11 бинарных осей, соответствующих кнопкам геймпада
B1 = 1
B2 = 2
B3 = 3
B4 = 4
L1 = 7
L2 = 5
R1 = 8
R2 = 6
start = 10
T1 = 11
T2 = 12
; 4 оси стиков;Правый стик движение вверх/вниз
RTUD = 13
;Правый стик движение влево/вправо
RTLR = 16
;Левый стик движение вверх/вниз
LTUD = 15
;Левый стик движение влево/вправо
LTLR = 14
; 2 оси крестовины;Движение крестовины вверх/вниз
arrowsUD = 17
;Движение крестовины влево/вправо
arrowsLR = 18
;Описание поведения оси B1
;При нажатии кнопки B1 значение оси задать равным 1
upper_value = 1
;При отпускании кнопки B1 значение оси задать равным 0
lower_value = 0
upper_value = 1
lower_value = 0
upper_value = 1
lower_value = 0
upper_value = 1
lower_value = 0
upper_value = 1
lower_value = 0
upper_value = 1
lower_value = 0
upper_value = 1
lower_value = 0
upper_value = 1
lower_value = 0
upper_value = 1
lower_value = 0
upper_value = 1
lower_value = 0
upper_value = 1
lower_value = 0
;Описание поведения оси правого стика движение вверх/вниз
;Значение оси при перемещении в максимально возможное верхнее положение
upper_value = 0
;Значение оси при перемещении в максимально возможное нижнее положение
lower_value = 65535
upper_value = 0
lower_value = 65535
upper_value = 0
lower_value = 65535
upper_value = 0
lower_value = 65535
;Описание поведения оси крестовины движение вверх/вниз
;Значение оси при нажатии стрелки вверх
upper_value = 1
;Значение оси при нажатии стрелки вниз
lower_value = -1
upper_value = 1
lower_value = -1
Дополнительная информация об особенностях настройки модуля gamepad отображена в справочном руководстве по RCML .
3. Следующий шаг - написание программы на языке RCML.
В корне созданного каталога, необходимо создать файл программы. Имя файла программы и его расширение может быть любым, однако следует избегать русских букв в названии. В примере использовано имя файла - hello.rcml.
Для модуля lego_ev3 программный код резервирования робота, имеет следующий вид:
@tr = robot_lego_ev3;
На странице подключения модуля lego_ev3 описано большинство функций, поддерживаемых контроллером. В качестве тестового примера, была создана программа для автоматического вхождения робота в занос.
Алгоритм программы следующий:
После резервирования первого свободного робота, устанавливается связь двух двигателей для последующей работы с ними, как с одним. Затем робот начинает выполнять заносы. Программное описание действий робота позволяет точно устанавливать углы поворота передних колес и скорость вращения задних. Использование этого приёма позволяет добиваться результатов, которые сложно повторить во время ручного пилотирования с клавиатуры или геймпада.
Листинг программы для Lego робота на языке RCML
function main() { @tr = robot_lego_ev3; //Резервирование робота @tr->setTrackVehicle("B","C",0,0); //Установка синхронизации двигателей @tr->motorMoveTo("D",100,0,0); system.sleep(500); @tr->trackVehicleForward(-100); system.sleep(1000); @tr->motorMoveTo("D",50,-50,0); system.sleep(4000); @tr->motorMoveTo("D",50,50,0); system.sleep(4000); @tr->trackVehicleOff(); system.sleep(1000); }
Для компилирования программы необходимо использовать командную строку window. Сначала следует переместиться в созданный каталог с исполняемыми файлами rcml_compiler.exe и rcml_intepreter.exe. Далее нужно ввести следующие команды.
Команда для компилирования файла hello.rcml:
Rcml_compiler.exe hello.rcml hello.rcml.pc
В результате компилирования, в созданной директории появится новый файл hello.rcml.pc.
Скриншот командой строки после успешного компилирования
Теперь следует убедиться в том, что контроллер EV3 включен, сопряжен с Bluetooth адаптером. Геймпад должен быть подключен к ПК. После этого нужно выполнить команду исполнения программного файла:
Rcml_intepreter.exe hello.rcml
Внешний вид командной строки во выполнения программы
Видеоролик демонстрирующий программу движения робота расположен внизу статьи.
4. Следующий шаг – управление роботом в ручном режиме при помощи клавиатуры.
При помощи клавиатуры возможно управление любым двигателем робота. В рамках примера реализовано управление следующими механизмами:
- Углом поворота передних колес
- Направлением вращения задних колес
Листинг программы взаимодействия клавиатуры и робота Lego на базе контроллера EV3
function main() {
@tr = robot_lego_ev3; //Резервирование робота
@tr->setTrackVehicle("B","C",0,0); //Установка синхронизации двигателей
system.hand_control(@tr,"keyboard",
"straight","go",
"speedMotorD","rotate");
}
Далее следует откомпилировать программу и выполнить её. Результат ручного управления Lego роботом при помощи на клавиатуры показан на видео внизу страницы.
5. Помимо клавиатуры доступен модуль gamepad позволяющий манипулировать роботом при помощи геймпада. Для реализации управления робота при помощи геймпада необходимо описать на уровне программы, какие оси робота будут принимать значения осей геймпада.
Листинг программы взаимодействия геймпада и робота Lego
function main() {
@tr = robot_lego_ev3; //Резервирование робота
@tr->setTrackVehicle("B","C",0,0); //Установка синхронизации двигателей
system.hand_control(@tr,"gamepad",
"straight"," RTUD",
"speedMotorD"," RTLR");
}
Далее следует повторить процесс компилирования программы и затем выполнить её. Далее показан результат ручного управления Lego роботом при помощи на геймпада, и все ранее подключенные способы:
В статье кратко продемонстрированы только лишь некоторые возможности RCML. Наиболее подробное описание находиться в справочном руководстве.
Теги:
- lego mindstorms
- робототехника
- программирование
