Практикум по спецкурсу «Введение в робототехнику». Автор: Волкова Т. А., ассистент кафедры математики, логики и интеллектуальных систем в гуманитарной сфере рггу. 2011 год

Предисловие 3

Решение робототехнических задач в симуляторе 3

Обзор робототехнических симуляторов 3

О среде Simbad 3

Установка 4

Запуск 4

Компиляция и запуск из командной строки 4

Устройство программы. 4

Создание проекта Simbad в NetBeans 5

Задачи в симуляторе Simbad 5

Задача 1. Робот, следующий на свет. 5

Постановка задачи. 5

Устройство программы робота 5

Смена кинематической модели 6

Работа с источниками света 6

Работа с датчиками освещённости 6

Задача 2. Робот, приезжающий в заданную точку 7

Постановка задачи 7

Устройство пространства и времени в симуляторе 7

Алгоритм 8

Задача 3. Нахождение пути робота на заданной карте методом Дейкстры 8

Постановка задачи 8

Способ решения 8

Подзадачи 10

Задача 4. Определение координат робота в пространстве путем решения дифференциального уравнения. 10

Постановка задачи 10

Решение 10

Задача 5. Использование пропорционального регулятора для решения задачи езды вдоль стены 11

Постановка задачи 11

Подключение ультразвуковых дальномеров 11

Использование ультразвуковых дальномеров 12

Релейный регулятор 12

Пропорциональный регулятор 12

Задача 6. Навигация по трём маякам 12

Постановка задачи 12

Реализация распознавания цвета 13

Решение 13

Задача 7. Поиск пути в лабиринте 13

Постановка задачи 13

Решение 13

Задача 8. Движение по неизвестной карте с датчиками 13

Постановка задачи 13

Решение 14

Алгоритм 14

Расширение задачи 14

Изучение платы Arduino 14

Введение 14

Технические требования 15

Описание среды, установка 15

Практические задачи 15

Задача 1. Знакомство с платой 15

Задача 2. Работа с выходами. 15

Задача 3. Работа с последовательным портом 16

Задача 4. Работа со входами 16

Задача 5. Управление мотором 17

Дополнительные задачи 17

Работа с сервомашинкой 17

Поворот на источник света 18

Решение робототехнических задач на мобильном роботе 18

Описание робота POP-BOT 18

Состав набора 18

Сборка 19

Программирование 19

Устройство платы 20

Задачи с роботом 20

1. Сборка робота 20

2. Отъезд от препятствий 21

3. Езда по линии с одним датчиком 21

4. Езда по линии с двумя датчиками 21

5. Калибровка 21

6. Езда с компасом 21

7. Энкодеры 22

Предисловие

Эти материалы написаны по опыту преподавания спецкурса в весеннем семестре в РГГУ совместно с проф. Павловским. Практическая часть курса состояла из трёх основных частей:

1. 
   Решение робототехнических задач в симуляторе
   
2. 
   Основы электроники и программирования микроконтроллера
   
3. 
   Решение задач на реальном роботе
   

В значительной степени формулировки задач на симуляторе Simbad (особенно задачи 3,4 и 7) взяты из курса Howie Choset университета Карнеги-Меллона (http://generalrobotics.org).

Решение робототехнических задач в симуляторе

Обзор робототехнических симуляторов

Далее перечислены самые популярные робототехнические симуляторы. Принципиальным было свободное распространение, поэтому в список не попали такие известные программы, как Webots, LabView или Marilou.

Microsoft Robotics Studio (http://www.microsoft.com/robotics/)

Player Project (http://playerstage.sourceforge.net/)

Simbad (http://simbad.sourceforge.net)

Симулятор	Язык программирования	3D-визуализация	Физический движок	Поддержка	ОС	Лицензия
Microsoft Robotics Studio	Visual Programming Language (VPL), языки .NET	Есть	Nvidia PhysX	Малое количество документации	Windows	Различные; с 2008 года — свободно распространяется
Player/ Stage/ Gazebo	C++	Есть (в Gazebo - Ogre3D)	Open Dynamic Engine (ODE)	Есть руководство пользователя	POSIX	GNU GPL
Simbad	Java	Есть (Java3d, OpenGL)	Нет	Есть справочник по API	Любая	GNU GPL

Описанные далее задачи могут быть выполнены в любом симуляторе. Мы выбрали Simbad из-за простоты установки и запуска.