Programiranje osnovnih manevara robota

Transcription

1 Programming Your Robot to Perform Basic Maneuvers Programiranje osnovnih manevara robota Prevod: dipl. ing Ivo Slade, I. tehnička škola TESLA, Zagreb, Klaićeva 7 Revizija 1.0

2 Programiranje osnovnih manevara robota 2 Uvod Ovaj priručnik uči programiranje osnovnih manevara edukacijskog robota InteIBrain TM -Bot. Također se uči kako koristiti dokumentaciju RoboJDE TM API i Uputstvo za rukovanje IntelliBrain kako bi se savladalo IntelliBrain programiranje U dodatku će se učiti kontrola hobby servo motora u Javi. Iako je uputstvo bazirano na InteIBrain-Bot tehnika manevriranja se može primijeniti kod bilo kojeg robota pokretanog s dva nezavisna motora. Prije pokretanja Ako niste upoznati s programiranjem u RoboJDE preporuča se kranuti s priručnikom Izrada prvog InteIBrain programa, koji se nalazi na internetskoj stranici RidgeSoft-a na adresi Manevriranje robotom Što je suprotno upravljan robot Mnogi mobilni roboti, uključujući edukacijski robot InteIBrain TM -Bot su bazirani na konstrukciju s dva supotno upravljana kotača. Robot baziran na ovoj konstrukciji koristi dva nezavisno upravljiva kotača. Kontroliranjem svakog od dva glavna motora za kotače omogučuje se jednostavno manevriranje robotom. Ako se programira gibanje oba kotača prema naprijed i robot se giba naprijed. Ako se programiraju kotači u suprotnom pravcu robot se okreće u smjeru kazaljke sata ili obrnuto od kazaljke sata ovisno kako su motori programirani.

3 Programiranje osnovnih manevara robota 3 Upravljanje robotskim kotačima Mnogi mobilni roboti, uključujući edukacijski robot InteIBrain TM -Bot koriste servo motore za upravljanje kotašima. Primjeri u ovom priručniku su bazirani na robotima pokretani servo motorima. DC motori su druga vrsta popularnih motora koji se koriste za upravljanje robotskim kotačima. U ovom proručniku se neče obrađivati programiranje DC motora, iako se tehnika manevriranja servo motorima može isto tako dobro upotrijebiti za kontrolu DC motora. Za upotrebu malih DC motora kod robota interface I kontrola motora se nalaze u IntelliBrain Expansion Board. Standardni hobby servo motor ima ugrađene kontrolirane strujne krugove I mehaničke sklopove konstruirane da rotiraju osovinu servo motora do određene pozicije te da ju zadrže u toj poziciji. Međutim, postalo je uobičajeno modificirati servo motore za kontinuiranu rotaciju. Uklanjanjem mehaničkih zapreka te isključivanjem strujnog kruga za pozicioniranje može se napraviti hobby servo motor s kontinuiranom rotacijom. U stvari to je postalo uobičajeno pa se danas mogu kupiti sevo motori pripremljeni za kontinuiranu rotaciju tako da se ne moraju modificirati. Servo motori uključeni u InteIBrain TM -Bot kit su kontinuirane rotacije. Kontrola servo motora Dok kontinuirana rotacija servo motora pokreće kotače robota kao konvencionalni DC motor može ih se kontrolirati upotrebom strujnih krugova za kontrolu servo motora. Kontrola servoa je napravljena da omogući pozicioniranje vratila I zadržavanje u tom položaju. Međutim, kod modifikacijeservo motora za kontinuiranu rotaciju strujni krugovi mogu se koristiti za kontrolu snage na izlaznom vratilu I njegovom smjeru. Prije pokretanja programiranja robota sa osnovnim manevrima mora se naučiti još malo o kontroki servo motora. Hobby servo motori su kontrolirani periodičnom pulsacijom kontrolnog signala servo motora. Kontrolni signal je tipska bijela ili žuta žica priključena na servo motor Puls se zamišlja kao paljenje struje te momentalno gašenje. Puls od 1 milisekunde upravljla servo motorom da pozicionira vanjsko vratilo u u jedan kraj svog domašaja (0%). Puls od 2 milisekunde upravljla servo motorom da pozicionira vanjsko vratilo u u drugi kraj svog domašaja (100%). Variranjem trajanja impulsa između dva krajnja položaja vratilo se može pozicionirati u međupoložaj. Kada se šalje kontrolni impuls kontinuirano rotacijskom servo motoru, bolje nego pozicioniranje vratila u međupozicijuj i zadržavanje u toj poziciji, impuls kontrolira snagu (točnije, okretni moment) i pravac vratila. Zato, kada se naredi servo motoru 0% pozicija sa impulsom od 1 milisekunde to stvarno rezultira u servo motoru primjenu minimalne snage u povratnom pravcu. Slično kada se naredi servo motoru 100% pozicija to rezultira maksimalnom snagom u naprijed. Ako se servu naredi 50% pozicija to rezultira nultim okretnim momentom.

4 Programiranje osnovnih manevara robota 4 Srećom, detalji oko generiranja kontrolnih impulsa servo motora su upravljani pomoću RoboJDE. Potrebno se je samo baviti određivanjem snage i smjera servo motora. Ovo se radi davanjem komandi pozicioniranja servo motora koje kod kontinuiano rotirajučih servo motora u stvari kontroliraju njihopvu snagu I smjer. Programiranje robota Poćinje se s programiranjem robota koi ide ravno naprijed 5 sekundi. Najprije se kreira software project u RoboJDE. Ovaj korak je opisan u priručniku Izrada prvog IntelliBrain programa. Kao početnu poziciju koristi se program iz tog priručnika. Ako do sada nije kreiran takav program, najprije se mora kreirati. Najprije se mora odrediti kako napraviti komande servo motora iz programa. Nadalje je učenje kako se programiraju manevri robota. Ovaj priručnik takkođer vodi kroz process korištenja dokumentacije za olakšavanje programiranja robota. Očito, iz prethodno navedenog mora se znati odrediti kako naredba iz Java programa upravlja servo motorom da bi se napravili manevri robota. Prvi korak je korištenje IntelliBrain User Guide i API dokumentacije. Upotreba IntelliBrain svojstava iz dokumentacije Koristi se dio iz IntelliBrain User Guide koji se odnosi na glavnu ploču servo izlaza. To su izlazi koje koristi InteIBrain TM -Bot za uključivanje i kontrolu dva servo motora koji okreću kotače.

5 Programiranje osnovnih manevara robota 5 Iz primjera programa iz IntelliBrain User Guide, vidljivo je da program može dobiti servo object za pojedini izlaz upotrebom metode getservo u klasi IntelliBrain. Drugi način kako naučiti koristiti karakteristike IntelliBrain-a je upotreba dokumentacije brzih referenci IntelliBrain API.pdf. Problem je potrebno locirati na dokumentu brzih referenci i identificirati informaciju u pogledu programiranja servo izlaza. Konačno, RoboJDE-ova klasa knjižnice API dokumentacije (Primjena programiranja sučelja Application Programming Interface) sadrži mnoštvo detaljnih informacija o programiranju robota. Bitno je dobro korištenje API dokumentacije, jer ju je potrebno često korititi prilikom programiranja robota. RoboJDE API dokumentacija je u standardnom Javadoc formatu. To je format koji se koristi pri dokumentiranju većine Java API-ja. Sve većom vještinom korištenja RoboJDE API dokumenata postaje se vičan u korištenju slične dokumentacije za druge Java projekte programiranja. Ikona otvara web preglednik za prikazivanje dokumentacije. Prilikom učenja nove API karakteristike IntelliBrain-ovog kontrolera najbolje je početi s dokumentacijom IntelliBrain Class.

6 Programiranje osnovnih manevara robota 6 Dokumentacija IntelliBrain Class može se pretražiti skroliranjem I klikom na ime s liste prikazano na slici. Ovdje će se prikazati dokumentacija klase u desnom prozoru. Pregledavanjem kroz dokumentaciju klase mogu se naći metode kako prići različitim karakteristikama IntelliBrain kontrolera Sučeljavanje s IntelliBrain servo izlazima Prilikom učenja kako programski kontrolirati servo motore da bi se robot gibao, potrebno je u IntelliBrain klasi naći metodu vezanu za uporabu servo izlaza. Pretraživanjem IntelliBrain class dokumentacije nalazi se metoda koja odgovara servo izlazu. Dokumentacija sa slike je za getservo metodu. Proučavanjem ove dokumentacije vidi se da metoda vraća servo object na odabrani servo izlaz. Lijevi kotač je priključen na servo izlaz 1, a desni kotač je priključen na servo izlaz 2 i tim podacima se piše programska naredba za svaki servo motor. U program se dodaju slijedeće dvije programske linije nakon linije koja prikazuje broj verzije programa. Kako se program sada odnosi na drugi tip objekata - servo potrebno je dodati I ulaznu naredbu na početku programa. Ona je potrebna da omogući Java kompajleru pronalaženje klase Servo. Ulazna naredba daje cijelo ime klase.. Puno ime klase

7 Programiranje osnovnih manevara robota 7 uključuje paket koji se upotrebljava za rješavanje problema koji bi mogli nastati s dupliciranim imenima klase. Korištenjem dokumentacije Servo klase potrebno je u knjižnici pronači lokaciju (ime paketa). Ovo se postiže pozivom Servo link-a u dokumentaciji za getservo metode Otvoriti Odabrati RoboJDE, FullAPI. Otvara se prozot knjižnice. Dokumentacija za klasu Servo će se prikazati. Pregledom dokumentacije nalazi se Servo interface u paketu com.ridgesoft.robotics u klasi knjižnice. Zbog toga je potrebno dodati import naredbu na postojeću naredbu Programiranje robot za vožnju naprijed Program sada ima object leftservo i rightservo koji omogučuju kontrolu serva. Slijedeča stepenica je iz dokumentacije za Servo interface odrediti kako koristiti ove objekte za kontroku serva. Pregledom API dokumentacije za Servo interface nalaze se metode koje to osiguravaju. To su dvije metode setposition i off. Prema dokumentaciji off metoda isključuje servo, dok setposition metoda postavlja servo u poziciju između 1 i 100.

8 Programiranje osnovnih manevara robota 8 Rekapituliranje, naredbe postavljanja položaja za servo su modificirane za kontinuirano okretanje postavljanjem snage I smjera. Postavljanje pozicije 0 odgovara punoj snazi nazad, Postavljanje pozicije 100 odgovara punoj snazi naprijed, Postavljanje pozicije 50 odgovara bez smage i smjera, Napomena postavljanje pozicije 50 nije isto što i metoda off. Matoda off ne šalje nikakve impulse servo motoru, dok pozicija 50 šalje nservu impulse. Potrebno je upravljati s oba motora kako bi se primjenila snaga za pokretanje robota unaprijed. Ovo se može napraviti uključivanjem svakog motor nu punu snagu. Međutim kao su montirani u suprotnim pravcima, to rezultira smjerom naredbe koja je suprotna za svaki motor. Da se oba motra kreću u pravcu naprijed, mora se programirati lijevi motor u smjeru obrnutom od kazaljke sata, dok je desni u pravsu kazaljke sata.. Za pomicanje robot u punoj brzini naprijed potrebno je postaviti servo pozicije lijevog motora na 100, a desnog na 0. Nakon ovih naresbi robot će se gibati naprijed dok se ne naredi zaustavljanje metodom off za svaki motor. Dodatne naredbe u programu za pomicanje robota naprijed 5 sekundi: Sada se može testirati program prebacivanjem programa na robot. Kada se prebaci program na robot islključi se serijski kabel RS232 te se pokrene robot tipkom START. Robot će se gibati ravno naprijed 5 sekundi. Programiranje robot za okretanje Nakon programiranja robota da se giba naprijed, trivijalno je programirati rotaciju robota na mjestu. Potrebno je napraviti gibanje oba motora u istom pravcu umjesto suprotnom. Dodatne naredbe za rotiranje robota u smjeru kazaljke sata

9 Programiranje osnovnih manevara robota 9 Dodatne naredbe za rotiranje robota u smjeru obrnutom od kazaljke sata Programiranje robot za vožnju po kvadratu Može se programirati vožnja robota po kvadratu jednostavnim slijedom naredbi za vožnju naprijed I okretanjem za 90. Potrebno je prilagoditi vrijeme izvršavanja nearedbe (sleep time). Kod intellibrain robota trajanje sleep time je 625 koje zakreće robot za približno 90. Međutim stvarno vrijeme ovisi o karakteristikama pojedinog robota te o stanju baterija. Također je moguće prilagoditi I stranicu kvadrata promjenom sleep time kod gibanja naprijed. Bolje je, nego ponovnim dodavanjem naredbi u programu vozi ravno, zakreni za 90, vozi ravno, zakreni za 90, vozi ravno, zakreni za 90, vozi ravno, zakreni za 90, programirati petlju kojom se smanjuje broj naredbi. Kako kvadrat ima četiri identične stranice I iste kutove može se programirati vožnja robota po kvadratu izvođenjem dva koraka 1) vozi ravno i 2) zakreni za 90. Ponavljanjem tih koraka četiri puta, u petlji, robot će voziti po kvadratu. Dodatne naredbe za gibanje robota po kvadratu Testuranje programa će pokazati da robot ne vozi po idealnom kvadratu, To je zbog toga što kutovi nisu baš potpuno 90. Ako je kut manji od 90 potrebno je povećati sleep time. Ako je kut većii od 90 potrebno je smanjiti sleep time.

10 Programiranje osnovnih manevara robota 10 Zaključak Način upravljanja suprotno vođenim motorima robota je kontrola pravca I brzine svakog kotača. Programiranjem robota da okreće kotače u istom pravcu giba robot naprijed. Programiranjem robota da suprotno okreće kotače rotira robot na mjestu. Moguće je programirati robota da radi ostale manevre kao zakretanje lijevo ili desno unosom različitih vrijednosti za snagu na kotaču. Programiranje robota za obavljanje više sofisticiranog gibanja je pomoću niza osnovnih vremenskih gibanja. Programiranjem robota da načini čeiri ponavljanja pomicanja naprijed I skterana za 90 dobije se gibanje po kvadratu Eksperimentiranjem robotom primjećuje se da upotrebom vremena kao osnovom za navigaciju nema granica. Slabljenjem baterija mijenja se ponašanje robota. Također karakteristike robota ovise o površini po kojoj se giba. Razlika u trenju kod različitih površina ima snažan učinak na ponašanje robota. Nažalost, kako se kontrola sortware-a robota provodi trenutno, nema mehanizama kod robota koji bi računali na varijacije uvjeta kao što su istrošenost baterija ili stanje površine, koji utječu na njegove performanse. Za kontrolni system robota se kaže da je otvorena petlja, jer nema povratnoe informavije koja računa varijacije uvjeta koji djeluju na robota. Dosljednost i točnost manevriranja robota se može poboljšati dodavanjem senzora za povratnu informaciju kontrole upravljanja. Jedan od načina je dodavanje enkodera kotača koji opaža poziciju svakog kotača.

11 Programiranje osnovnih manevara robota 11