Mô hình thiết kế Robot NT

Mô hình thiết kế Robot NT [Giới thiệu] Đây dòng Robot thiết kế dành riêng cho thi đấu Robocon Mà tới thi Robocon Việt Nam 2007 Đây dòng Robot với khả hoạt động gần tự động xem “thông minh” nhờ giải thuật AI nhúng vào Cũng khả tái sử dụng ,chạy nhiều loại Vi điều khiển Hỗ trợ cấu hình ,xây dựng chiến thuật phần mềm PC [Tính Robot NT] : - Khả dò tìm đường đến mục tiêu tự động ,khác với cách truyền thống phải lập trình trước lộ trình di chuyển đến mục tiêu ,quá công ,nhất thay đổi chiến thuật - Ở cấp sử dụng quan tâm việc lập danh sách thứ tự mục tiêu để yêu cầu cho Robot thực hiện.Sau Robot NT tự động biết phân giải yêu cầu thực chúng cách tự động - Xây dựng chiến thuật hỗ trợ phần mềm Với giao diện "kéo thả" chuột giao diện đồ họa mô sân thi đấu Sau thao tác nhấp OK ,Robot NT thực thi sân thi đấu thật giống y bạn vừa làm hình phần mềm - Khả tránh vật cản trình di chuyển Robot đụng phải Sử dụng chế Time out Encoder để nhận biết vật cản ,sau chạy lại Giải thuật tìm đường để đường khác - Trường hợp tất đường đến mục tiêu bị đối phương chặn ,khi Robot NT phải có khả tìm mục tiêu khác để thay nhờ khả suy diễn tìm kiếm mục tiêu hợp lý để thay - Tương tự với trường hợp ,khi Robot NT tìm đến mục tiêu thực yêu cầu (ví dụ đến lấy quà mà vị trí quà) ,thì phải biết cách tìm đến mục tiêu khác để thực - Khả triển khai nhiều loại Vi điều khiển ,chỉ phụ thuộc vào giải thuật yêu cầu Ram độ phức tạp giải thuật để chọn lựa phần cứng đủ đáp ứng hay không.Phiên phát triển hỗ trợ biên dịch cho loại Vi điều khiển : PIC , P89 H8 Các VĐK khác triển khai miễn hỗ trợ Ansi C - Khả kết nối với PC để cấu hình điều khiển (COM USb tùy VĐK bạn dùng) Điều cho phép thay đổi thông số (như tốc độ,bộ so sánh adc,encoder, ) Robot NT thay đổi chiến thuật dễ dàng trước lúc thi đấu mà không cần công "sửa code - biên dịch - nạp " Đồng thời mở khả dùng ngôn ngữ cấp cao C+ +,Java,C#,VB,… để điều khiển Robot NT [Yêu cầu phần cứng] - Bạn không cần quan tâm nhiều phần cứng ,Robot NT triển khai nhiều VĐK mà không cần sữa đổi nhiều (mã giải thuật viết Ansi C) Yêu cầu quan trọng Ram VĐK tối thiểu 1KB ,nếu 512B bạn phải chấp nhận khai báo Disable số giải thuật tính ,như chấp nhận Robot NT bớt "thông minh" - Đồng thời trước biên dịch mã nguồn yêu cầu tối thiểu bạn phải khai báo loại VĐK sử dụng và cấu hình chân kết nối - Do bạn tự chọn lựa thiết kế mạch ,quan trọng khai báo trước biên dịch OK Khỏi công tranh cải cách thiết kế sử dụng chip số post diễn đàn [Thông tin phát triển] Phiên biên dịch chạy OK PIC với sân thi đấu thực ,còn P89 giai đoạn kiểm tra tương thích mã Không biết nhóm làm AVR hay VĐK khác sẵn lòng cho bọn test không ,hi hi [Hỗ trợ kỹ thuật Mã nguồn] - Đây dòng Robot thiết kế Open for Every one Bạn liên hệ trang web BKPRO www.bkpro.info để có thông tin mã nguồn kỹ thuật cần thiết để xây dựng Robot NT - Khi có hoàn chỉnh Full thức Public lên web Còn test Nếu bạn muốn khám phá xậy dựng dòng Robot NT liên hệ phát triền (*) Robot NT đăng mô tả cách thực giải thuật báo Tự động hóa ngày ,số tháng 12-2006 Phần : Thiết kế ý niệm Phần : Hiện thực code cho VĐK (đang tổng hợp) Phần : Thiết kế phần mềm điều khiển PC (đang tổng hợp) More info about Robot NT at : www.bkpro.info Email support : cumgar@gmail.com Phần : Thiết kế ý niệm Giải pháp thiết kế NT : +) Xem Robot đối tượng lập trình bao gồm : - Dữ liệu : trạng thái sân thi đấu ,giá trị sensor ,encoder - Tác vụ : tập hợp hành động mà Robot làm : chạy tới ,chạy lui ,rẽ trái ,rẽ phải ,đí thẳng ,… +) Mô hình hóa sân thi đấu thập giác thành ma trận 20 x node (hay điểm) +) Đối tượng Robot di chuyển xử lý tác vụ sân thi đấu ,cùng với việc xử lý liệu trạng thái sân +) Nhúng giải thuật AI tìm đường tối ưu giải thuật xử lý kiện cho Robot ,để có đường tốt sân thi đấu di chuyển từ điểm đến điểm xử lý tình ngoại lệ (ví dụ va chạm) +) Phân chia Module hóa khối Robot ,để hạn chế phụ thuộc vào phần cứng ,có thể dùng lại hay thiết kế sữa lỗi nhanh chóng Do lựa chọn vi điều khiển MCU hay Chip ,miễn đáp ứng Module kết nối với Các thành viên tự việc chọn môi trường lập trình +) Sự can thiệp người vào Robot tự động có tính chiến lược ,còn lại Robot tự định đường ,lựa chọn tác vụ ,… để hoàn tất yêu cầu +) Quá trình xây dựng thành phần Robot : lập trình ,mạch phần cứng ,cơ cấu khí phải triển khai đồng với chúng có tác động lớn với Sự hoàn thiện phần tiến đề để xây dụng cho phần khác +) Có chế hiển thị Debug lỗi qua giao tiếp Led/LCD hay với PC Ý tưởng đối tượng hóa Robot : +) Trước thiết kế Robot BKIT xem ta có Robot thực tác vụ : - Dò line - Đi thẳng - Đi lui - Rẽ trái - Rẽ phải - Lấy quà - Giữ quà - Bỏ quà +) Các tác vụ xây dựng thừa kế từ năm trước Do vấn đề thực tác vụ vấn đề quan trọng +) Các phận cảm biến gắng Robot : Sensor ,Encoder cho phép tham khảo trạng thái bên ,và cập nhật trạng thái cho phần liệu xử lý Yêu cầu tính xác cao ,và phải có chế lọc loại nhiễu phần cứng hay phần mềm +) Giải thuật xử lý mang yếu tố định đến tính “thông minh” hiệu làm việc Robot Bao gồm giải thuật tìm đường tối ưu ,tránh vùng cấm giải thuật xử lý kiện Mô hình hóa sân thi đấu thành ma trận : +) Sân thi đấu Robocon 2007 hình thập giác ,có thêm 10 cạnh xen kẽ Do ta hoàn toàn biễu điễn sân thi đấu thành cấu trúc liện ma trận node (hay điểm) 20 x +) Việc đánh tọa độ cho node quy ước tọa độ xuất phát Robot gốc ,xoay theo chiều ngược kim đồng hồ chiều dương X ,di chuyển tâm sân chiều dương Y +) Với đặc điểm sân nên dẫn đến node có khác biệt khoảng cách node liên tiếp với theo chiều X ,khoảng cách ngắn dần gần tâm Nhưng node theo chiều X hay Y +) Cấu trúc liệu node bao gồm thành phần : mã node (thay cho tọa độ x,y để tốn nhớ) ,kiểu node để biết loại node (của mình,của đối phương hay vật cản),xw chiều dài cạnh di chuyển đến node theo chiều X,yw chiều dài cạnh di chuyển đến node theo chiều Y +)Dưới mô tả cấu trúc sân thi đầu với C : +) Việc xác định kiểu node (hay điểm) sân thiết lập từ ban đầu ,và Robot cập nhật thêm node có vật cản Robot đụng phải +) Giải thuật tìm đường chiến thuật Robot phụ thuộc nhiều vào node ,bởi Robot phải tránh ngang qua node ,và phải có tác vụ xử lý cho loại node mà “biết” +) Khi gặp vật cản chưa biết di chuyến sân Robot cập nhật node có vật cản ,đồng thời chạy lại giải thuật tìm đường để di chuyển theo hương khác tránh vật cản Kiến trúc quan hệ Module : +) Phân lớp hướng tới độc lập Vi điều khiển ; - Lớp chương trình giải thuật gọi truy xuất Vi điều khiển thông qua lớp trung gian - Lớp chương trình giải thuật sinh chuổi điều khiển Robot theo quy tắc - Lớp Vi điều khiển thực lớp trung gian Vi điều khiển mạch Robot cụ thể - Hai lớp viết Ansi C để đảm bảo tính tương thích với nhiều thư việc biên dịch C +) Lưu đồ giải thuật hoạt động: +) Đối tượng Robot thiết kế bao gồm nhiều thành phần liệu tác vụ ,giữa chúng có mối quan hệ lẫn : - Action Table : tập tác vụ mà Robot thực - Game Field : cấu trúc sân thi đấu ,với node trân sân - Robot : “đối tượng” mà ta thực - Goal Node : danh sách chứa node mà ta cần tới để thực tác vụ (như gắp quà ,bỏ quà ,cản phá ,…) - Action List : danh sách tác vụ mà Robot thực ,danh sách tao giải thuật tìm đường sinh Đó tác vụ thực để hoàn tất từ Goal node tới Goal node - Searching : giải thuật tìm đường ,cho Robot từ Goal node danh sách Goal node Robot Quá trình tìm kiếm lặp lại Robot gặp vật cản - Processing : Quá trình xử lý liệu tác vụ cho Robot - LED/LCD : để hiển thị kết v2 debug - Sensor : quản lý đọc Sensor - Motor : điều khiển động Quan hệ Module Quy ước hướng : +) Để thuận tiện cho lập trình hướng Robot quy ước thống Có loại hướng cần quan tâm : - Hướng di chuyển : để xác định Robot theo chiều X hay Y, hướng âm hay dương Dựa vào hướng để Robot cập nhật tọa độ mà đứng - Hướng tác vụ : cho biết thong tin tác vụ Robot thực Thông tin giúp trình di chuyển Robot xác +) Vì sân có tính vòng đối xứng nên giải thuật phải giải vấn đề Ví dụ từ (0,0) tới (18,2) tương đương quảng đường từ (0,0) tới (2,2) Giải toán tìm đường sân: +) Tác vụ Robot thực cần tìm đường di chuyển từ node đến node sân Robot gặp vật cản sân thi đấu giúp Robot tìm đường khác để +) Giải thuật AI tìm đường phải đàm bảo yếu tố : - Ít tốn nhớ ,vì nhớ vi điều khiển hạn chế - Thời gian chạy ngắn tốc độ vi điều khiển khả đáp ứng nhanh với kiện sân - Tránh node cấm ngang mà đảm bảo đường ngắn - Chỉ tác vụ cho Robot qua node kết tìm kiếm (như thẳng hay rẽ trái ,rẽ phải ,…) +) Giải pháp tìm đường node trung gian hướng tâm đáp ứng toán +) Việc sử dụng giải thuật phụ thuộc nhiều vào khả nhớ mà Vi điều khiển đáp ứng Giải thuật cáng tốt ,robot thong minh nhớ Ram yêu cầu nhiều Do bạn phải cân yếu tố để có kết tốt Kết tìm kiếm sinh danh sách Node trung gian Tác vụ kèm theo Lược đồ trình di chuyển từ Node bắt đầu Node đích Can thiệp đường cũa Robot Giải toán suy luận tìm mục tiêu mới: +) Đối với đội tập khác ,nhưng thường cố định nên ta lưu trước vào chương trình +) Trong trình hoạt động sân Robot NT cập nhật thêm số điểm “có vấn đề ” ,do giải thuật phải bỏ qua điểm để tăng xác suất thành công cho kết Phân tích tọa độ di chuyển Robot: +) Với phương pháp đối tượng hóa Robot tọa độ hóa sân thi đấu tọa độ Robot liệu định vận hành đắn Robot +) Với hướng di chuyển quy ước phần Robot đứng điểm sân ,dự vào vector hướng Robot ta dễ dàng cập nhật tọa độ cho Robot +) Ta có hướng di chuyển Robot đứng điểm sân Các hướng di chuyển Robot điểm Thực tác vụ đích đến : +) Mục đích Robot di chuyển từ Goal node đến Goal node khác để thực tác vụ node đến Chúng ta không cần quan tâm làm đường để Robot tới đích ,Robot tự tìm đường xử lý chuyện đó.Điều quan tâm tới đích Robot phải hoàn tất nhiệm vụ +) Trong trình di chuyển tới node đích Robot ngang qua node trung gian đường ,nó thực số tác vụ giải thuật tim kiếm sinh ,đảm bảo cho Robot di chuyển đến tọa độ đích +) Cơ chế xác định tác vụ không thành công sử dụng Time out hay Công tắc ,… 10.Lựa chọn Vi điều khiển : +) Các chip vi điều khiển đáp ứng giao liếp với Module thiết kế sử dụng +) Yêu cầu nhớ Ram MCU đủ lớn (tối thiểu 1KB) để xử lý giải thuật +) Lựa chọn vi điều khiển,thư viện môi trường lập trình tùy vào Robot mạnh lập trình thành viên để lựa chọn +) Các dòng vi điều khiển thông dụng MC51,AVR PIC đáp ứng yêu cầu 11.Giao tiếp máy tính : +) Tùy vào Vi điều khiển để chọn lựa giao tiếp COM hay USB +) Bạn phải thực module sử dụng EEPROM Vi điều khiển muốn sử dụng khả cấu hình từ PC +) Hiện thực Module đồ họa vẽ lại sân thi đấu ,hỗ trợ khả kéo thả đối tượng Robot NT thiết kế Vớ mục tiêu cần lưu lại thong tin vào danh sách ,sau gởi yêu cầu giao tiếp để lưu vào Vi điều khiển [...]... trên sân Robot NT sẽ cập nhật thêm một số điểm “có vấn đề ” ,do đó giải thuật phải bỏ qua các điểm này để tăng xác suất thành công cho kết quả 8 Phân tích tọa độ di chuyển của Robot: +) Với phương pháp đối tượng hóa Robot và tọa độ hóa sân thi đấu thì tọa độ hiện tại của Robot là dữ liệu quyết định sự vận hành đúng đắn của Robot +) Với hướng di chuyển như đã quy ước ở phần trên thì khi Robot đứng... hướng của Robot ta có thể dễ dàng cập nhật tọa độ mới cho Robot +) Ta có 4 hướng di chuyển chính khi Robot đứng tại một điểm trên sân Các hướng di chuyển của Robot tại một điểm 9 Thực hiện tác vụ tại đích đến : +) Mục đích của Robot khi di chuyển từ Goal node này đến Goal node khác là để thực hiện một tác vụ nào đó tại node đến Chúng ta có thể không cần quan tâm làm thế nào và đường đi nào để Robot tới... vào Vi điều khiển để chọn lựa giao tiếp COM hay USB +) Bạn phải hiện thực module sử dụng EEPROM của Vi điều khiển nếu muốn sử dụng khả năng cấu hình từ PC +) Hiện thực một Module đồ họa vẽ lại sân thi đấu ,hỗ trợ khả năng kéo thả đối tượng Robot NT như thiết kế ở trên Vớ mỗi mục tiêu chúng ta cần lưu lại thong tin vào một danh sách ,sau đó gởi yêu cầu ra giao tiếp để lưu vào Vi điều khiển ... làm thế nào và đường đi nào để Robot tới đích ,Robot sẽ tự tìm đường và xử lý chuyện đó.Điều chúng ta quan tâm là khi tới đích Robot sẽ phải hoàn tất một nhiệm vụ nào đó +) Trong quá trình di chuyển tới node đích Robot sẽ đi ngang qua các node trung gian trên đường đi ,nó cũng sẽ thực hiện một số tác vụ nào đó do giải thuật tim kiếm sinh ra ,đảm bảo cho Robot di chuyển đến đúng tọa độ đích +) Cơ chế... Công tắc ,… 10.Lựa chọn Vi điều khiển : +) Các chip và vi điều khiển đáp ứng được giao liếp với các Module đã thiết kế đều có thể sử dụng được +) Yêu cầu bộ nhớ Ram của MCU đủ lớn (tối thiểu 1KB) để xử lý các giải thuật +) Lựa chọn vi điều khiển,thư viện và môi trường lập trình tùy vào từng Robot và thế mạnh lập trình của các thành viên để lựa chọn +) Các dòng vi điều khiển thông dụng là MC51,AVR... nhớ mà Vi điều khiển có thể đáp ứng Giải thuật cáng tốt ,robot càng thong minh thì bộ nhớ Ram yêu cầu càng nhiều Do đó bạn phải cân bằng được 2 yếu tố này để có kết quả tốt nhất Kết quả tìm kiếm sinh ra danh sách các Node trung gian và Tác vụ kèm theo Lược đồ của quá trình di chuyển từ Node bắt đầu cho tới Node đích Can thiệp đường đi cũa Robot 7 Giải quyết bài toán suy luận tìm mục tiêu mới: +)