Презентация на тему «World Robot Olympiad (WRO) 2015 Анализ задания «Поиск сокровищ»»

World Robot Olympiad (WRO) 2015 Анализ задания «Поиск сокровищ»

Александр Ворон voron.alexander@gmail.com

Ворон Александр

Давайте знакомиться!

Нижний Новгород 4 года с LEGO-роботами Победы на Intel ISEF, Робофест Участие в финалах World Robot Olympiad, Google Moonbots Судья Мирового этапа World Robot Olympiad http://nnxt.blogspot.com – самый полезный ресурс на русском языке по LEGO-роботам

Пару слов о WRO

В России – Международные состязания роботов (МСР) Включают в себя соревнования в 4 категориях: Основная категория Творческая категория Студенческая категория Футбол роботов

WRO 2015

Российский этап – г. Казань (26 – 28 июня) Мировой этап – Катар, г. Доха (6 – 8 ноября) Официальный сайт WRO 2015: http://www.wro2015.org Перевод правил на сайте МСР: http://robolymp.ru/rules

Основная категория

Команды должны сконструировать и запрограммировать робота для решения конкретной задачи 3 возрастных группы: младшая группа (до 13 лет) средняя группа (13-15 лет) старшая группа (16-19 лет) Задачи во всех возрастных группах разные

Общие правила основной категории

Общие правила применяются ко всем возрастным категориям Робот должен быть построен только из LEGO Размер робота ограничен: 250 * 250 * 250 мм 1 EV3 / NXT блок У EV3 можно использовать 4 мотора Разрешены все датчики NXT / EV3 (в т.ч. EV3 гироскоп) Bluetooth и Wi-Fi отключены

WRO 2015 - Основная категория

Младшая группа – Ловля жемчуга Средняя группа – Поиск сокровищ Старшая группа – Восхождение на горы

Поиск сокровищ – Игровое поле

Поиск сокровищ - Задание

Робот должен: собрать 5 артефактов отвезти артефакты на базу не перемещать опасные артефакты

Поиск сокровищ – Координатная система

Координатная система:

Цвет строк

Цвет столбцов

Координаты первого артефакта

Базовая конструкция робота

Робот «5 minute bot» с небольшими дополнениями:

Поиск сокровищ – Общий алгоритм

Пример решения: http://youtu.be/4uALSzXZN-U

1. Считать шифр карты – общий алгоритм

Движение по линии Считывание шифра координаты 1-го артефакта цвета столбцов цвета строк Выезд на координатную сетку

1. Считать шифр карты

1.1 Движение по линии 1.2 Считывание шифра 1.2.1 координаты 1-го артефакта 1.2.2 цвета столбцов 1.2.3 цвета строк

1.1 Движение по линии

Универсальный алгоритм для всей задачи Пропорциональный регулятор с 1 датчиком

1.2 Считывание шифра

Решим промежуточную задачу – робот едет вдоль линии и говорит цвета плиток 3 блока – движение по линии, определение цвета, произнесение цвета Есть ли ложные срабатывания?

2

1

1.2 Считывание шифра

Какой цвет «видит» датчик цвета в 1 и 2 случаях? Иногда для верного определения цвета плитки нужно попасть на ее центр плитки

1.2 Считывание шифра - алгоритм

Едем по линии Ожидаем белый цвет Ожидаем не белый цвет Проезжаем X градусов, чтобы попасть на центр плитки Определяем цвет плитки

1.2 Считывание шифра - алгоритм

Движение по линии и считывание цветов плиток – в разных потоках

1.2 Считывание шифра - алгоритм

Теперь надо сохранить цвета плиток в переменные: В EV3 удобно использовать массивы:

Промежуточный результат №1

Робот считывает цвета плиток, проговаривает их и записывает в переменные (или массивы) после считывания шифра робот останавливается

2. Определение координат артефакта

Мы знаем цвет строки / столбца, где находится артефакт, но не знаем их порядковые номера Задача: написать 2 блока: «определение индекса строки» входной аргумент: цвет строки, выходной – номер строки «определение индекса столбца» входной аргумент: цвет столбца, выходной – номер столбца

2. Определение координат артефакта

Пример блока «определение индекса строки»:

2. Определение координат артефакта

Пример блока EV3: Итеративно сравниваем цвет каждой строки с цветом 1-го артефакта. Если обнаружено равенство цветов – выходим из цикла

Промежуточный результат №2

Робот считывает цвета плиток, проговаривает их и записывает в переменные (или массивы) после считывания шифра робот останавливается робот выводит координаты 1 артефакта на экран

3. Выезд на координатную сетку

Оптимальный алгоритм выезда зависит от конструкции робота Предложенный робот имеет широкую колесную базу, поэтому были выделены 2 варианта: 1 артефакт находится на 1 строке 1 артефакт находится на 2 - 4 строке

3. Выезд на координатную сетку – 1 вариант

1 артефакт находится на 1 строке

Алгоритм: поворачивать левым колесом, пока датчик не увидит светлый, темный и снова светлый участки

3. Выезд на координатную сетку – 2 вариант

1 артефакт находится на 2 - 4 строке

Алгоритм: проехать немного вперед по линии поворачивать левым колесом, пока датчик не окажется в «зеленой» зоне продолжать поворачивать, пока датчик не видит темный и светлый участки

3. Выезд на координатную сетку – 2 вариант

1 артефакт находится на 2 - 4 строке Пример блока:

Проехать немного вперед по линии

Продолжение поворота до темной и светлой зон

Поворот до зеленой зоны

Промежуточный результат №3

Робот считывает цвета плиток, проговаривает их и записывает в переменные (или массивы) после считывания шифра робот останавливается робот выводит координаты 1 артефакта на экран робот выезжает на координатную сетку если артефакт стоит на 1 строке – робот выезжает на 1 строку если артефакт стоит на 2-4 строке – робот выезжает на нулевой столбец

4. Подъехать к 1-му артефакту

Алгоритмы подъезда к 1 артефакту и всем остальным будут отличаться Рассмотрим алгоритм подъезда к 1-му артефакту: если артефакт на 1 строке – робот находится на нужной строке, осталось подъехать к нужному столбцу если артефакт стоит на 2-4 строке – робот находится на нулевом столбце, надо подъехать к нужной строке, повернуть налево и подъехать к нужному столбцу

4. Подъехать к 1-му артефакту

Выделим основные подзадачи: поворот налево подъезд к нужной строке подъезд к нужному столбцу подъезд к артефакту Решим каждую из них отдельно.

4.1. Поворот налево

Реализация зависит от конструкции робота (расположения датчиков и пр.). Пример алгоритма: Запуск правого мотора Ожидание темной зоны Ожидание светлой зоны Ожидание темной зоны

4.2. Подъезд к нужной строке/столбцу

В общем случае, 1 и 3 задачи одинаковы: езда вдоль линии и остановка на n-ном перекрестке подъезд к нужной строке подъезд к нужному столбцу

4.2. Подъезд к нужной строке/столбцу

Можно реализовать программу в 2 потока: движение по линии (для него блок уже готов) для того, чтобы робот не «дергался» / съезжал при пересечении перекрестка нужно предусмотреть это состояние (проезд перекрестка) определение и подсчет перекрестков потребуется дополнительный датчик цвета или света

4.2. Подъезд к нужной строке/столбцу

Пример реализации 1-го потока:

Остановка после проезда n-го перекрестка

Проверка флага

Проезд перекрестка

Движение по линии

4.2. Подъезд к нужной строке/столбцу

Пример реализации 2-го потока:

Выход из цикла после проезда последнего перекрестка

Установка флага «перекресток обнаружен» + инкремент счетчика перекрестков

Ожидание перекрестка

4.3. Подъезд к артефакту

Нужен 3-ий датчик цвета для обнаружения артефакта Блок «подъезд к артефакту» - движение по линии до обнаружения артефакта датчиком цвета:

4. Подъехать к 1-му артефакту

Решим промежуточную задачу: используя написанные блоки, составьте программу для прохождения траектории. Номер строки и столбца с артефактом задается переменными в программе. Проверьте, что робот доезжает до любого перекрестка

Промежуточный результат №4

Робот считывает цвета плиток, проговаривает их и записывает в переменные (или массивы) после считывания шифра робот останавливается робот выводит координаты 1 артефакта на экран робот выезжает на координатную сетку робот подъезжает к 1 артефакту

5. Определение координат следующего артефакта

Координаты каждого следующего артефакта закодированы: цвет текущего артефакта = цвет строки следующего артефакта цвет плитки под текущим артефактом = цвет столбца следующего артефакта

5. Определение координат следующего артефакта

Выделим подзадачи: определение цвета артефакта определение цвета плитки под артефактом определение координат следующего артефакта

5.1. Определение цвета артефакта

Можно определить цвет артефакта после остановки перед ним:

Определение цвета артефакта

Подъезд к артефакту

5.2. Определение цвета плитки под артефактом

Можно определить цвет плитки под артефактом с помощью датчика цвета, который считывал шифр. Для этого необходимо сдвинуть артефакт: вплотную подъехать к артефакту повернуть так, чтобы датчик цвета оказался над плиткой

5.2. Определение цвета плитки под артефактом

Объединим программы определения цвета артефакта и плитки под ним:

Определение цвета артефакта

Сдвиг артефакта

Определение цвета плитки под артефактом

5.3. Определение координат следующего артефакта

Задача определения координат артефакта по известным цветам строки и столбца была решена во 2 разделе. Используем блоки «определить индекс строки» и «определить индекс столбца», созданные во 2 разделе

Промежуточный результат №5

Робот считывает цвета плиток, проговаривает их и записывает в переменные (или массивы) после считывания шифра робот останавливается робот выводит координаты 1 артефакта на экран робот выезжает на координатную сетку робот подъезжает к 1 артефакту робот определяет и выводит координаты следующего артефакта на экран

6. Захват артефакта

Конструкторская задача Возможный вариант механизма захвата:

Промежуточный результат №6

Робот считывает цвета плиток, проговаривает их и записывает в переменные (или массивы) после считывания шифра робот останавливается робот выводит координаты 1 артефакта на экран робот выезжает на координатную сетку робот подъезжает к 1 артефакту робот выводит координаты следующего артефакта на экран робот захватывает 1 артефакт

7. Определение зоны следующего артефакта

Координаты следующего артефакта определены, но как до него доехать? Можно выделить 9 возможных зон:

0

6

3

2

8

5

1

7

4

7. Определение зоны следующего артефакта

Зоны определяются в зависимости от значений Cx_delta и Rx_delta: Cx_delta = Cx – Cx_new Rx_delta = Rx – Rx_new

№

Cx_delta

Rx_delta

0

> 0

> 0

1

> 0

< 0

2

> 0

= 0

3

< 0

> 0

4

< 0

< 0

5

< 0

= 0

6

= 0

> 0

7

= 0

< 0

8

= 0

= 0

7. Определение зоны следующего артефакта

Закодируем значения Cx_delta: 0 (> 0), 3 (< 0), 6 (= 0) Закодируем значения Rx_delta: 0 (> 0), 1 (< 0), 2 (= 0) Номер зоны = код Cx_delta + код Rx_delta

№

Cx_delta

Rx_delta

0

> 0 (0)

> 0 (0)

1

> 0 (0)

< 0 (1)

2

> 0 (0)

= 0 (2)

3

< 0 (3)

> 0 (0)

4

< 0 (3)

< 0 (1)

5

< 0 (3)

= 0 (2)

6

= 0 (6)

> 0 (0)

7

= 0 (6)

< 0 (1)

8

= 0 (6)

= 0 (2)

7. Определение зоны следующего артефакта

Вычисление кода Cx_delta (1 ветка блока switch):

Если cx_delta < 0: сохраняем значение 3 в индекс зоны

Вычисление cx_delta

7. Определение зоны следующего артефакта

Вычисление кода Cx_delta (2 ветка блока switch): Если Cx_delta > 0 – ничего не сохраняем (индекс зоны был предварительно обнулен)

Если cx_delta = 0: сохраняем значение 6 в индекс зоны

Вычисление cx_delta

7. Определение зоны следующего артефакта

Вычисление кода Rx_delta (1 ветка блока switch):

Если rx_delta < 0: прибавляем 1 к номеру зоны

Вычисление rx_delta

7. Определение зоны следующего артефакта

Вычисление кода Rx_delta (2 ветка блока switch):

Если rx_delta = 0: прибавляем 2 к номеру зоны

Вычисление rx_delta

Промежуточный результат №7

Робот считывает цвета плиток, проговаривает их и записывает в переменные (или массивы) после считывания шифра робот останавливается робот выводит координаты 1 артефакта на экран робот выезжает на координатную сетку робот подъезжает к 1 артефакту робот выводит координаты следующего артефакта на экран робот захватывает 1 артефакт робот выводит номер зоны следующего артефакта

8. Навигация до зоны следующего артефакта

Рассмотрим навигацию до зоны 1: повернуть вниз проехать (abs(Rx_delta)) перекрестков повернуть направо проехать (Cx_delta – 1) перекрестков подъехать к артефакту и забрать его

Навигация до зон 0, 3, 4 будет аналогичной

1

8. Навигация до зоны следующего артефакта

Рассмотрим навигацию до зоны 1 : повернуть вниз А какое текущее положение робота? Если направлен налево – надо поворачивать налево Если направлен направо – надо поворачивать направо

Если направлен вверх – надо развернуться Если направлен вниз – не надо никуда поворачивать

1

8. Навигация до зоны следующего артефакта

В зависимости от положения робота, необходимо выполнять разные повороты Нужно запомнить направление робота: 0 – вправо 1 – вниз 2 – влево 3 – вверх Переменную с направлением робота необходимо обновлять во время каждого поворота / разворота

3

0

2

1

8. Навигация до зоны следующего артефакта

Кроме обычных блоков «поворот направо», «поворот налево» можно создать блоки «поворот в положение 1», «поворот в положение 2», … Тогда действие «повернуть вниз» будет выполняться блоком «поворот в положение 2»

8. Навигация до зоны следующего артефакта

Проехать (abs(rx_delta)) перекрестков

8. Навигация до зоны следующего артефакта

Повернуть направо алгоритм поворота был разобран в разделе 4.1 проехать (cx_delta – 1) перекрестков алгоритм подсчета перекрестков был разобран в разделе 4.2 подъехать к артефакту и забрать его алгоритмы были рассмотрены в разделах 4.3 и 5

Промежуточный результат №8

Робот считывает шифр карты робот выводит координаты 1 артефакта на экран робот выезжает на координатную сетку робот подъезжает к 1 артефакту робот выводит координаты следующего артефакта на экран робот захватывает 1 артефакт робот выводит номер зоны следующего артефакта робот едет к следующему артефакту

ХХ

Объезд опасных артефактов

Проезд перекрестка в прямом направлении

ХХ

Объезд опасных артефактов

Проезд перекрестка с поворотом направо

ХХ

Объезд опасных артефактов

Проезд перекрестка с поворотом налево

ХХ

Объезд опасных артефактов

В теории все понятно, а что изменять в программе? блок «проезд Х перекрестков» должен проверять наличие опасного артефакта перед собой, и, если он был обнаружен, объехать его в прямом направлении

ХХ

Объезд опасных артефактов

Если опасный артефакт был обнаружен на последнем перекрестке (перед которым надо остановиться), то можно повернуть направо / налево или объехать его в прямом направлении Тип поворота можно задать отдельным входным параметром блока; выходной параметр может обозначать факт маневра на последнем перекрестке

Вопросы

Александр Ворон voron.alexander@gmail.com