עקרונות בסיסיים ברובוטיקה

1. עקרונות בסיסיים ברובוטיקה • מגישים: • מסעד עבד • מועלם איימן • מנחה: • קובי כוחי • תאריך הגשה: • מאי 2013

2. תוכן המצגת • מילת תודה • מטרת הפרוייקט • סביבת העבודה • מבנה הניסוי • המשימות • תוצאות ופידבק של סטודנטים • אפשרויות המשך • מקורות

3. מילת תודה למנחה קובי שנתן לנו את ההזדמנות להיחשף לעולם הרובוטיקה, והיה זמין לשאלות שלנו ותמיד נתן מענה מהיר, וגילה הבנה ללחצים שהיינו בהם ולא הוסיף לחץ. למהנדסי המעבדה אורלי וקוסטה המקסימים, שדאגו לתת את כל העזרה שהיינו צריכים בזמן קצר ובצורה המקצועית ביותר שעזרה לנו לסיים לעמוד במשימה ולסיים אותה יותר מהר.

4. מטרת הפרוייקט • בניית מערך ניסוי שמשתלב במסגרת מעבדת חשמל 2 ו- מעבדת חשמל 3, הנותן לסטודנט חשיפה לתחום הרובוטיקה והבקרה, ומקנה לו ידע בסיסי בעקרונות אלו. • הכרה ראשונית והתנסות בכתיבת קוד בשפת LabVIEW בדרגות סיבוך שונות.

5. סביבת העבודה: • מערכת הפעלה windows • תוכנת LabVIEW 2011 • תוסף LabVIEW robotics

6. סביבת העבודה: • ערכת :starter kit 1.0 • חיישן אולטרא סוני • הנעה דיפרנציאלית • רכיב FPGA המאפשר לצרוב עליו קטע קוד שירוץ ב- REAL-TIME • כרטיס sbRIO-9631 • סוללות המספיקות לזמן פעולה של כ-4 שעות . • נשלט באמצעות LAN, יכול לתקשר גם באמצעות RS232 • מחיר כ-2400$ לערכה (מבוסס על אתר NI )

7. כלים שצריכים בסביבה: • כבל תקשורת LAN באורך של לפחות 4 מטרים:

8. כלים שצריכים בסביבה: • קרטונים שישמשו כמכשולים. • תוסף LabVIEWRobitics :

9. כלים שצריכים בסביבה: שטח ריק שייאפשר לרובוט לנוע בתוכו בלי יותר מדי מכשולים:

10. מבנה הניסוי • בהתחלה נתנו חומר רקע תיאורטי שכולל הסבר על : • קינימטיקה, יחסי תמסורת, אופני העברת תנועה, מהירות קווית וסיבובית, היגוי. • סוגי חיישנים • מערכות בקרה

11. מבנה הניסוי • במשימות 1-3 של המפגש הראשון הניסוי מסביר צעד אחר צעד ובפירוט איך לבנות את הקוד, איפה למצוא את כל ה-icons ואיך לחבר. • במשימות 4-7 של המפגש הראשון, תינת משימה, וכמה צעדי בסיס, ואז ינתן קוד סופי כצילום ועל הסטודנטים לבנות אותו לבד. • במפגש השני, אנו יוצאים מנקודת הנחה שהסטודנט רכש התנסות עם LabVIEW והוא יכול כבר להתמצא עם התפריטים השונים. במפגש זה נגדיר את המשימה שיש לעשות, נתן רמזים וטיפים (ולפעמים את מיקום ה- Icons) ועל הסטודנט לחשוב איך לממש זאת.

12. המשימות – מפגש 1 • משימה 1: הגדרת הרובוט, נתינת IP, ובניית תקשורת עם המחשב. • משימה 2: בניית קוד בסיסי לקריאת ערך חיישן אולטרא סוני והצגה גרפית של המרחק.

13. המשימות – מפגש 1 • משימה 3: בהמשך למשימה הקודמת, הוספת שליטה למנוע סירבו של החיישן האולטרא סוני ושינוי הזווית בין (-90,90). • משימה 4: שליטה במנועי הגלגלים כל אחד בנפרד , בשני כיווני תנועה.

14. המשימות – מפגש 1

15. המשימות – מפגש 1 • משימה 5: נסיעה למרחק. הסטודנט קובע בממשק הראשי את המהירות ואת המרחק, ועל הרובוט לעבוד מרחק זה. • משימה 6: בניית icon מהקוד הכתוב עם יצירת פורטים להתחברות. • משימה 7: החייל הבריטי. במשימה זו על הסטודנטים לדמות תמועה של חייל בריטי השומר שער.

16. המשימות – מפגש2 • משימה 1: הצגת שדה ראייה של חיישן אולטרא סוני. מטרת המשימה היא קריאה והבנה של קוד בנוי מראש, ניתוח הקוד תוך כדי שימוש ב- Help, והסברה בדו"ח המכין. • משימה 2: בניית אלגוריתם בסיסי ביותר להתחמקות ממכשולים שברגע זיהוי מכשול בוחר בצורה רנדומלית אחת מהפעולות: פנה שמאלה, פנה ימינה או עשה סיבוב פרסה במקום. כאן נתנו לסטודנטים קודי עזר שיוכלו להשתמש בהם כ- Icons .

17. המשימות – מפגש2 • משימה 3: נסיעה לאורך קיר מדרגות

18. המשימות – מפגש2 • משימה 4: זווית רוטציה מדוייקת.במשימה זו הסטודנט לוקח את הנוסחה לרוטציה בזווית נתונה שפיתחנו בחומר רקע למפגש 2, ומממש בעזרת LabVIEW. • משימה 5: שימוש ב- steering frame. הגדרת המונח, והסבר איך הוא בנוי בתוך הערכה של LabVIEW Robotics עם הרכיבים השונים (הגדרת גלגל, ומרחק בין גלגלים). • משימה 6: שימוש באלגוריתם VFH להתחמקות ממכשולים. כאן נתנו שני קודים לעזרה, ועליהם להשלים את הקוד לקוד הסופי הנתון לפי הצעדים המוסברים במשימה.

19. תוצאות זמן של משימותמפגש 1 • משימה1: 15-20 דק' • משימה 2: 30 דק' • משימה 3: 15 דק' • משימה 4: 15 דק' • משימה 5: 40-45 דק' • משימה 6: 10 דק' • משימה 7: שעה בערך, תלוי בעד כמה הם קלטו את הצעדים הראשוניים בניסוי. בסך הכל = 3 שעות ו 15 דקות של עבודה נטו בלי היתקעות, בלי לקיחה בחשבון של system startup ושאלות של המנחה.

20. משימה 5- go to distance (m): כאן מרגישים שהסטודנט יותר מתאמץ מהמשימות הקודמות כי כאן הוא מתחיל לחפור בתפריטים כדי למצוא את ה- icons שיש להוסיף בהתאם לקוד שניתן לו לבנות. • משימה 7 – החייל הבריטי: זוג הסטודנטים נקלעו כאן לבעייה הרצינית הראשונה, שבה הרובוט היה מבצע הליכה לכיוון אחד מסתובב ונתקע במצב זה.הסטודנטים נתקעו להרבה זמן עד שאנחנו הסתכלנו והבנו מה הבעייה והנחנו אותם.החל ממשימה זו, יתחילו השאלות לעלות, כי במשימות הקודמות פשוט עשו חיקוי לצעדים בלי לחשוב ולהפנים. פידבק לגבי משימות מפגש 1

21. תוצאות זמן של משימותמפגש 2 • משימה1: 25 דק'. • משימה 2: 45 דק'. • משימה 3: 50 דק' *. • משימה 4: 40 דק'. • משימה 5: 45 דק'. • משימה 6: 30 דק'. • בסך הכל זה לוקח בערך 4 שעות של עבודה נטו בלי היתקעות, בלי לקיחה בחשבון של system startup ושאלות של המנחה ושל דו"ח מסכם.

22. משימה 2: הבעייה הייתה באי הבנה של השימוש בקובץ שנקרא stop on distance מה שגזל מהסטודנטים זמן מיותר. לכן עדכנו את החוברת ונתנו יותר הסבר לגבי בלוק זה ונתנו עוד רמז לגבי מבנה של case ובחירת הערכים שלו. • משימה 3: היא המשימה שמצריכה מחשבה יותר עמוקה ואלגוריתמית, לוקחת הרבה זמן. גם פה הוספנו שני טיפים לגבי שימוש בלולאות בתוך sequence והליכה אקסטרא זמן בשביל לאפשר לרובוט להסתובב בלי לפגוע הקירות.ניתן לפשט את המשימה ולהחליף בסדר בינה לבין המשימה של ההתחמקות הבסיסית. פידבק לגבי משימות מפגש 2

23. מה הלאה ? • אפשר לעשות ניסוי המשך, שניסוי זה מהווה קדם לו. בניסוי הבא נרחיב ונתן משימות לגבי: • סוגי בקרה שונים, ומימוש תיקונים של התנועה בהתאם לסוג הבקרה (בקרה בחוג סגור, בקרה דו מצבית, בקרה רב דרגתית, בקרה רציפה, בקרת PID ו- PWM ) כך שבכל משימה יוכלו לראות את ההבדל בהתנהגות הרובוט בהתאם לסוג הבקרה.

24. מה הלאה ? • אפשר לעשות ניסוי המשך, שניסוי זה מהווה קדם לו. בניסוי הבא נרחיב ונתן משימות לגבי: • אפשר לבחון הוספת חיישנים למערכת, ואז אפשר לתת יכולות יותר טובות של הרובוט. • אפשר לרכוש ערכאות של LEGO עם בקר NXT, ושם יש הרבה אופציות של בקרה ושליטה : ניתן להרכיב רובוט כרצוננו (באינטרנט מלא אתרים עם הוראות הרכבה של פרוייקטים שלמים וצעד אחר צעד), יש אופציה להשתמש ב 3 מנועים במקביל וגם לקבל מידע מ- 4 חיישנים שונים (חוץ מהאינקודרים של המנועים). לכן אפשר להוסיף הרבה פונקציונליות וסיבוך למשימות.

25. מקורות • חוברת ניסוי של ניר מלכה • חוברת ניסוי של אוניברסיטת קולוראדו • מיד שנמצא באינטרנט: חומר מ ויקיפדיה ופורומים של LabVIEW • בעיקר ה- help של LabVIEW .