ev3-nabiralec

Demonstracijski program za robota Lego Mindstorms EV3, ki se zna premikati po danih točkah na poligonu.

Namenjeno tekmovanju Robo liga FRI.

Program je napisan v Python3 (knjižnica python-ev3dev) in deluje na operacijskem sistemu ev3dev.

Priprava okolja - ev3dev

Sledite navodilom ev3dev Getting Started, da pridobite operacijski sistem ev3dev-stretch in ga namestite na SD kartico, ki ste jo dobili s kompletom. Za priklop v brezžično omrežje uporabite adapter za WiFi, ki ste ga prav tako dobili v kompletu.

Na robota se povežete prek protokola SSH, datoteke pa nalagate nanj prek protokola SFTP. Privzeto je uporabniško ime robot in geslo maker.

VS Code in ev3dev-browser

Priporočamo vam uporabo urejevalnika Visual Studio Code v kombinaciji z razširitvijo ev3dev-browser. Za namestitev in konfiguracijo sledite tem izčrpnim navodilom.

Da pri povezovanju na robota ne boste vpisovali gesla vedno znova, ga lahko vpišete v .vscode/settings.json (ustvarite mapo .vscode in v njej datoteko settings.json, če še ne obstaja):

{
    "ev3devBrowser.password": "sem-vstavi-geslo-svojega-robota"
}

Sprememba imena kocke (hostname) in gesla

Privzeto ime kocke je ev3dev in privzeto geslo je maker. Priporočamo, da ta dva podatka nemudoma spremenite.

Uporabite ukaz:

sudo ev3dev-config

in sledite navodilom.

Namestitev potrebnih paketov

Povežite se na robota in v terminalu izvršite naslednje ukaze za namestitev paketov pycurl in ujson:

sudo apt-get update

sudo apt-get install python3-pycurl

sudo apt-get install python3-ujson

Zagon programa

Na robota prenesite (SFTP) datoteko nabiralec.py. V terminalu na robotu se premaknite v mapo, ki vsebuje zgornjo datoteko. Najprej dajte datoteki pravice za izvajanje:

chmod +x nabiralec.py

Nato lahko program poženete:

./nabiralec.py

VS Code in ev3dev-browser

Če uporabljate Visual Studio Code in razširitev ev3dev-browser, lahko program naložite na kocko in ga poženete preprosto s pritiskom na tipko F5.

Pri tem morate imeti v mapi .vscode datoteko launch.json in v njej naslednjo konfiguracijo:

{
    "version": "0.2.0",
    "configurations": [
        {
            "name": "Download and Run Current File",
            "type": "ev3devBrowser",
            "request": "launch",
            "program": "/home/robot/${workspaceFolderBasename}/${relativeFile}"
        }
    ]
}

Kratek opis delovanja programa

• Ključni parametri, ki jih morate nujno nastaviti:

  # ID robota. Spremenite, da ustreza številki označbe, ki je določena vaši ekipi.
  ROBOT_ID = 10
  # URL igralnega strežnika.
  SERVER_URL = "192.168.0.3:8088/game/"
  # Datoteka na igralnem strežniku s podatki o tekmi.
  GAME_ID = "ec0a"

• Na naslovu SERVER_URL/GAME_ID dobimo podatke o tekmi v formatu JSON.

• Vzpostavitev povezave s strežnikom in pošiljanje zahteve:

  conn = Connection(url)
  game_state = conn.request()

• Predpostavljamo, da ste velika motorja priklopili na izhoda B in C, lahko pa to nastavite v spremenljivkah MOTOR_LEFT_PORT in MOTOR_RIGHT_PORT.

• Del programa je namenjen preverjanju, ali je dotično tipalo priklopljeno na vhod - funkcija init_sensor_touch. Za zgled smo uporabili tipalo za dotik (TouchSensor), vendar v sami kodi nismo uporabili njegove vrednosti. Klic te funkcije lahko mirno zakomentirate, morda pa vam vseeno pride kdaj prav.

• Program se konča, če ugotovimo, da robot v trenutni tekmi ne tekmuje. Se pravi, da njegovega IDja (ROBOT_ID) ni na seznamu teams na strežniku.

• Robot miruje, če tekma ne teče (preverimo game_state['game_on']), če oznaka robota ni zaznana (to pove spremenljivka robot_data_valid) ali če je robotu zmanjkalo goriva (preverimo game_state['teams'][ROBOT_ID]['fuel']).

• Program na robotu izvaja premikanje po vnaprej določenih točkah na poligonu. Seznam je definiran kot targets_list. V našem primeru se bo robot vozil po notranjih kotih obeh košar.

  targets_list = [
      Point(game_state['fields']['blue_basket']['bottom_right']),
      Point(game_state['fields']['blue_basket']['top_right']),
      Point(game_state['fields']['red_basket']['top_left']),
      Point(game_state['fields']['red_basket']['bottom_left']),
  ]

• Robot izvaja štiri stanja, katerim seveda lahko dodate poljubna druga, denimo za zaznavanje bližnjega trka.

  • IDLE: stanje mirovanja in tudi začetno stanje. Tu se odločamo, kaj bo robot sedaj počel.
  • LOAD_NEXT_TARGET: kot trenutno ciljno točko naložimo naslednjo točko iz seznama targets_list. Ko pridemo do konca seznama, gremo spet od začetka.
  • TURN: stanje obračanja robota na mestu z regulatorjem PID. Hitrost levega motorja je nasprotna vrednost hitrosti desnega motorja. Stanje je zaključeno, ko je robot obrnjen proti ciljni točki v toleranci DIR_EPS stopinj.
  • DRIVE_STRAIGHT: stanje vožnje "naravnost" (robot vmes tudi zavija, da ohranja ničelno napako v kotu med sabo in ciljem). Hitrost na motorju je sestavljena iz dveh delov: nazivna hitrost (base) in hitrost obračanja (turn). Vsaka od njih je podvržena regulaciji s svojim regulatorjem PID.

• Za nastavitev hitrosti obeh motorjev uporabljamo regulator PID (sestavljen iz proporcionalnega, integrirnega in diferencirnega člena), ki je določen z naslednjimi parametri:

  • Kp: ojačitev proporcionalnega dela regulatorja. Visoke vrednosti pomenijo hitrejši odziv sistema, vendar pozor: previsoke vrednosti povzročijo oscilacije in nestabilnost.
  • Ki: ojačitev integrirnega člena regulatorja. Izniči napako v ustaljenem stanju. Zmanjša odzivnost.
  • Kd: ojačitev odvoda napake. Zmanjša čas umirjanja in poveča odzivnost.
  • integral_limit: najvišja dovoljena vrednost integrirnega člena. Sčasoma namreč lahko njegova vrednost zelo naraste in ga je modro omejiti.

  Povabljeni ste, da preizkušate različne nastavitve teh parametrov in s tem dosežete boljši (hitrejši/stabilnejši) odziv.

Priporočeni viri

• Uradna stran projekta ev3dev

• Vodiči za programiranje EV3 v Pythonu

• Dokumentacija knjižnice python-ev3dev

• Programiranje robota v Pythonu z urejevalnikom Visual Studio Code