“Конструируем робота” Изучение робототехники через Интернет. РЛ #3-2005
Александр БАРСУКОВ
Специально для журнала РАДИОЛЮБИТЕЛЬ
Робототехника – один из наиболее успешно преподаваемых предметов в действующей в Москве Школе дистанционной поддержки образования детей-инвалидов и детей, не посещающих образовательные учреждения по состоянию здоровья (i-Школа). Но как раз благодаря робототехнике такие дети могут не только принимать участие, но и побеждать в спортивных состязаниях, что даёт им возможность чувствовать себя полноценными членами общества. Не первый год уже i-Школа принимает участие в Международных состязаниях роботов. На рис. 1 – команда i-Школы готовится к выступлению. В этом году достоинства дистанционного метода обучения проявились в полной мере: участниками III Международных состязаний роботов стали около 30 школьных команд, тем не менее, ученики i-Школы в каждом из трёх видов состязаний – “реслинге” (рис. 2), “траектории” (рис. 3) и “лестнице” (рис. 4) добились одного из призовых мест: либо первого, либо второго, либо третьего. Как видно из фотографий, роботы были изготовлены из элементов конструктора LEGO Mindstorms (Robolab). Обучает детей тонкостям конструирования и программирования LEGO-роботов, а также ведёт огромную работу по организации их участия в соревнованиях очень заботливый и опытный преподаватель, Юрий Иванович Разумов – на рис. 5 он рядом с конструкцией одного из своих учеников.
«Мозг» LEGO-робота – это микрокомпьютер RCX, представляющий собой программируемый микропроцессорный блок с памятью, жидкокристаллическим дисплеем и инфракрасным интерфейсом, обеспечивающим связь с персональным компьютером, из которого загружается программа. Как показала практика, школьникам вполне по плечу составить такую программу для разработанной ими самими конструкции LEGO-робота. Конечно, возможности такого робота довольно скромны: микрокомпьютер RCX снабжен всего тремя портами для подключения несложных датчиков – таких, как датчик освещенности, датчик угла поворота, датчик температуры, датчик влажности, датчик атмосферного давления, датчик движения и положения, датчик уровня звука и т. п. Очевидно поэтому организаторы вышеупомянутых соревнований, чтобы дети, собрав несколько конструкций, не утратили интереса разрешили в творческой категории использовать не только элементы LEGO, но и другие материалы (и это – подсказка нашим, отечественным фирмам: пора самим создавать подобные конструкторские наборы). Тем не менее, и на элементах LEGO можно собрать немало интересного. В подтверждение, опишем конструкцию робота-фермера, с которой команда i-Школы выступала на Международных состязаниях роботов в прошлом году. На примере этой конструкции можно познакомиться и с принципами программирования LEGO-роботов.
Данный робот-фермер (рис. 6) был представлен в номинации “Робот для дома”. Это прототип сельскохозяйственного робота для автоматизированного сбора урожая “крупногабаритных” плодов: капуста, тыква, арбуз, дыня. Предполагается, что реальная машина будет дополнена резаком для аккуратного срезания плода и, возможно, другим типом датчика, так как имеющийся в конструкторе “Роболаб” контактный датчик, по мнению автора разработки, недостаточно чувствителен и пришлось поставить световой, а он капризен при изменении внешнего освещения. Вместо корзины, куда модель забрасывает “плоды”, будет, возможно, ленточный конвейер и большой кузов.
Робот движется по “борозде плантации” и встречает “плоды”. В момент попадания “плода” в зону действия светового датчика робот останавливается и зажигает стоп-сигнал. “Лопата” забрасывает “плод” в корзину, расположенную спереди робота, и едет дальше до следующего “плода”. Для надёжности крепления у корзины сбоку есть колесо. “Усики” впереди модели – это улавливатель, так как плоды в процессе созревания отклоняются от линии высева семян, и улавливатель направляет их точно на датчик. Лампа в передней части робота служит для того, чтобы компенсировать скачки внешней освещенности. Запасные части “лопаты” закреплены по обоим бортам роботов (это как бы наиболее изнашивающийся элемент). Все узлы робота легко доступны для замены в полевых условиях. Колёса – тракторного типа для работы в условиях сырой почвы.
Технические характеристики:
– емкость корзины – 4 “плода”;
– электродвигатели – 2 шт.;
– световой датчик – 1шт.;
– лампы – 3 шт.;
– бортовой компьютер – RCX 1.0;
– исходный материал – элементы LEGO.
На рис. 7 – блок-схема программы робота-фермера. Это вовсе не художественное произведение: именно так на экране персонального компьютера буквально “по кирпичику” составляется программа, а затем через ИК-порт загружается в установленный на роботе RCX. Пояснение к этой схеме.
Программа начинается с того, что у робота загорается лампа подсветки датчика “С” и он едет (работает мотор “А”, мощность – “3”); когда световой датчик, подключенный к порту “1” (порог чувствительности – “10”) улавливает “тыкву”, то робот останавливается (перестает работать мотор “А”), загораются сигналы “стоп” и он как бы “срезает” “тыкву”, толкая её в корзину (одну секунду работает второй мотор – “В”, мощность – “3”); потом толкатель останавливается (перестает работать мотор “В”), сигналы “стоп” гаснут и робот едет дальше до следующей “тыквы”. Так как на поле в нашем случае четыре “тыквы”, то программа повторяется четыре раза, а после, когда урожай собран, робот едет ещё 2 сек. (работает мотор “А”, мощность – “3”), потом всё останавливается и программа заканчивается.
Эту программу ученик i-Школы, придумавший конструкцию робота-фермера, разработал абсолютно самостоятельно после того, как в течение нескольких месяцев посредством дистанционных технологий (что само по себе есть элемент робототехники) изучал через Интернет курс Юрия Ивановича.
© РАДИОЛЮБИТЕЛЬ