AI LEGO EV3 Maze-Driving Robot- ում ՝ 13 քայլ

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:45

Սա պարզ, ինքնավար ռոբոտ է ՝ որոշ արհեստական բանականությամբ: Այն նախատեսված է լաբիրինթոս ուսումնասիրելու համար, իսկ մուտքի մոտ տեղադրվելիս ՝ դեպի ելք քշելու և փակուղիներից խուսափելու համար: Դա շատ ավելի բարդ է, քան իմ նախորդ նախագիծը, որը պարզապես քշում էր լաբիրինթոսով: Այստեղ ռոբոտը պետք է հիշի իր անցած ճանապարհը, հեռացնի փակուղիները, պահի նոր ուղին, այնուհետև գնա նոր ճանապարհով:

Իմ նախորդ ռոբոտը նկարագրված է այստեղ ՝

Ռոբոտը կառուցված է LEGO Mindstorms EV3- ի միջոցով: EV3 Software- ը աշխատում է համակարգչի վրա և ստեղծում է ծրագիր, որն այնուհետև ներբեռնվում է միկրոկոնտրոլերի վրա, որը կոչվում է EV3 Brick: Րագրավորման մեթոդը պատկերակի վրա հիմնված է և բարձր մակարդակի: Դա շատ հեշտ է և բազմակողմանի:

Պարագաներ

ՄԱՍՆԵՐ

1. LEGO Mindstorms EV3 հավաքածու
2. LEGO Mindstorms EV3 ուլտրաձայնային տվիչ: Այն ներառված չէ EV3 հավաքածուի մեջ:
3. . Ալքավոր ստվարաթուղթ լաբիրինթոսի համար: Երկու տուփ պետք է բավարար լինի:
4. Փոքր կտոր բարակ ստվարաթուղթ, որն օգնում է կայունացնել որոշ անկյուններ և պատեր:
5. Սոսինձ և ժապավեն `ստվարաթղթե կտորները միմյանց միացնելու համար:
6. Կարմիր շնորհավորական քարտի ծրար `լաբիրինթոսի ելքը նույնականացնելու համար:

ԳՈՐOOLԻՔՆԵՐ

1. Ստվարաթուղթը կտրելու համար օգտակար դանակ:
2. Պողպատե քանոն `օգնելու կտրման գործընթացին:

SOՐԱԳԻՐ

Րագիրն այստեղ է ՝

Քայլ 1. Ինչպես է լուծվում լաբիրինթոսը

ՄԱՆZԱՎՈՐՈՄ ՄԵԹՈԴ

Լաբիրինթոսում նավարկելու մի քանի եղանակ կա: Եթե դուք հետաքրքրված եք դրանք ուսումնասիրելով, դրանք շատ լավ նկարագրված են Վիքիպեդիայի հետևյալ հոդվածում ՝

Ես ընտրեցի ձախ պատին հետևելու մեթոդը: Գաղափարն այն է, որ ռոբոտը կպահի պատը իր ձախ կողմում ՝ լաբիրինթոսով անցնելիս կայացնելով հետևյալ որոշումները.

1. Եթե հնարավոր է թեքվել ձախ, արեք դա:
2. Հակառակ դեպքում, հնարավորության դեպքում ուղիղ գնացեք:
3. Եթե այն չի կարող ձախ կամ ուղիղ գնալ, հնարավորության դեպքում թեքվեք աջ:
4. Եթե վերը նշվածներից ոչ մեկը հնարավոր չէ, ապա դա պետք է փակուղի լինի: Շրջվել.

Oneգուշացումն այն է, որ մեթոդը կարող է ձախողվել, եթե լաբիրինթոսն իր մեջ մի օղակ ունի: Կախված օղակի տեղադրությունից, ռոբոտը կարող է շարունակել պտտվել օղակի շուրջը: Այս խնդրի հնարավոր լուծումը կլինի այն, որ ռոբոտը անցնի աջ պատի հետևորդի կանոնին, եթե գիտակցի, որ այն գնում է շրջանագծի մեջ: Ես այս կատարելագործումը չեմ ներառել իմ նախագծում:

ԼՈZՈՄ ԵՆ ԼԱՎԱԳՈՅՆԸ Ո TOԻ PԱՆԱՊԱՐՀ ԳՏՆԵԼ

Լաբիրինթոսով անցնելիս ռոբոտը պետք է անգիր սովորի իր անցած ճանապարհը և վերացնի փակուղիները: Դա հասնում է դրան ՝ յուրաքանչյուր շրջադարձը և խաչմերուկը պահելով զանգվածում, ստուգելով պտույտների և խաչմերուկների որոշակի համակցություններ, և փոխարինելով այն փակագծերը ներառող համակցությունները: Շրջադարձների և խաչմերուկների վերջնական ցանկը լաբիրինթոսով ուղիղ ուղին է:

Հնարավոր շրջադարձերն են ՝ ձախ, աջ, հետ (փակուղում) և Ուղիղ (որը խաչմերուկ է):

Համակցությունները փոխարինվում են հետևյալ կերպ.

• «Ձախ, ետ, ձախ» -ը դառնում է «Ուղիղ»:
• «Ձախ, հետ, աջ» -ը դառնում է «Հետ»:
• «Ձախ, ետ, ուղիղ» -ը դառնում է «Աջ»:
• «Աջ, Հետ, Ձախ» -ը դառնում է «Հետ»:
• «Ուղիղ, ետ, ձախ» -ը դառնում է «աջ»:
• «Ուղիղ, ետ, ուղիղ» -ը դառնում է «Հետ»:

ԻՆՉՊԵՍ ՌՈԲՈՏԸ ԴԱՌՆՈ MՄ Է ԻՄ ԼԱZՈՄԸ

1. Երբ ռոբոտը սկսում է վարել, տեսնում է մի տարածք դեպի աջ և պահում է Straight- ը զանգվածի ցուցակում:
2. Այնուհետև այն թեքվում է ձախ և ցուցակին ավելացնում Ձախը: Այժմ ցուցակը պարունակում է ՝ Ուղիղ, ձախ:
3. Փակուղով, այն շրջվում է և ավելացնում Հետ: Այժմ ցանկը պարունակում է ՝ Ուղիղ, ձախ, հետ:
4. Անցնելով մուտքից այն օգտագործած գոտին ՝ այն ուղիղ է ավելացնում ցուցակին: Theանկն այժմ պարունակում է ՝ Ուղիղ, ձախ, հետև, ուղիղ: Այն ճանաչում է մի համադրություն և փոխում Ձախ, Հետ, Ուղիղ դեպի աջ: Այժմ ցուցակը պարունակում է Ուղիղ, Աջ:
5. Փակուղով, այն շրջվում է և ավելացնում Հետ: Այժմ ցուցակը պարունակում է ՝ Ուղիղ, Աջ, Հետ:
6. Ձախ շրջվելուց հետո ցուցակը պարունակում է Ուղիղ, Աջ, Հետ, Ձախ: Այն ճանաչում է մի համադրություն և փոխում Աջ, Հետ, Ձախից դեպի Հետ: Այժմ ցուցակը պարունակում է Straight, Back:
7. Հաջորդ ձախ շրջադարձից հետո ցուցակը պարունակում է Ուղիղ, Հետ, Ձախ: Այդ համադրությունը փոխում է Աջի: Այժմ ցուցակը պարունակում է միայն Right:
8. Անցնում է բացատ և Straight- ը ավելացնում ցուցակին: Այժմ ցուցակը պարունակում է Right, Straight:
9. Աջ շրջվելուց հետո ցուցակը պարունակում է Աջ, Ուղիղ, Աջ, որն ուղիղ ուղին է:

Քայլ 2. Ռոբոտին ծրագրավորելիս հաշվի առնելը

ՆՇՈՄՆԵՐ ANԱՆԿԱԱ ՄԻԿՈՐԿՈՏԵԼՈՐԻՉԻ ՀԱՄԱՐ

Երբ ռոբոտը որոշում է շրջվել, այն պետք է կա՛մ լայն շրջադարձ կատարի, կա՛մ շրջվելուց առաջ մի փոքր հեռավորություն գնա, և շրջվելուց հետո նորից մի փոքր հեռու գնա ՝ առանց սենսորը ստուգելու: Առաջին կարճ հեռավորության պատճառն այն է, որ շրջադարձից հետո ռոբոտը չպետք է բախվի պատին, իսկ երկրորդ կարճ հեռավորության պատճառն այն է, որ ռոբոտը շրջվելուց հետո սենսորը կտեսնի այն նոր տարածքը, որից նոր էր եկել:, և ռոբոտը կմտածեր, որ այն պետք է նորից շրջվի, ինչը պատշաճ բան չէ:

Երբ ռոբոտը զգում է խաչմերուկը աջ կողմում, բայց դա ճիշտ շրջադարձ չէ, ես գտա, որ լավ է, որ ռոբոտը մոտ 25 դյույմ առաջ շարժվի ՝ առանց դրա սենսորները ստուգելու:

LEGO MINDSTORMS- ի համար հատուկ դիտարկումներ EV3

Չնայած LEGO Mindstorms EV3- ը շատ բազմակողմանի է, այն թույլ է տալիս ոչ ավելի, քան մեկ տեսակի Աղյուսին միացված յուրաքանչյուր տեսակի սենսորից: Երկու կամ ավելի Աղյուսներ կարող էին շղթայված լինել, բայց ես չէի ուզում գնել մեկ այլ Աղյուս, և ես օգտագործեցի հետևյալ սենսորները (երեք ուլտրաձայնային տվիչների փոխարեն) ՝ ինֆրակարմիր տվիչ, գույնի ցուցիչ և ուլտրաձայնային տվիչ: Սա լավ ստացվեց:

Բայց գույնի տվիչը ունի շատ կարճ տիրույթ ՝ մոտ 2 դյույմ (5 սմ), ինչը հանգեցնում է մի քանի հատուկ նկատառումների, ինչպես նկարագրված է ստորև.

1. Երբ գունավոր սենսորը հայտնաբերում է առջևի պատը, և ռոբոտը որոշում է թեքվել աջ կամ շրջվել, այն պետք է առաջինը հետ կանգնի, որպեսզի իրեն բավականաչափ տարածք տա առանց պտտվելու պատին:
2. Բարդ խնդիր է առաջանում որոշ «Ուղիղ» խաչմերուկների դեպքում: Գունային տվիչի կարճ տիրույթի պատճառով ռոբոտը չի կարող որոշել ՝ զգում է «ուղիղ» խաչմերուկ, թե՞ աջ շրջադարձ: Ես փորձել եմ շտկել այս խնդիրը ՝ ծրագիրը դնելով «Ուղիղ» ցուցակում ամեն անգամ ռոբոտը զգալիս, այնուհետև ցուցակից մեկից ավելի «Ուղիղ» վերացնելուն: Սա շտկում է իրավիճակը, երբ լաբիրինթոսում աջ շրջադարձը հետևում է «Ուղիղ» -ին, բայց ոչ այն իրավիճակը, երբ առանց «Ուղղակի» աջ շրջադարձ է լինում: Ես նաև փորձեցի ծրագիր սահմանել ՝ «Ուղիղ» -ը վերացնելու համար, եթե այն գտնվում է «Աջից» առաջ, բայց դա չի աշխատում, եթե աջ շրջադարձը հետևում է «Ուղիղ» -ին: Ես չեմ կարողացել գտնել լուծում, որը կհամապատասխանի բոլոր դեպքերին, այնուամենայնիվ, ենթադրում եմ, որ ռոբոտի համար հնարավոր կլիներ նայել անցած ճանապարհը (կարդալով շարժիչի պտույտի տվիչները) և որոշել ՝ դա «ուղիղ» է, թե ճիշտ: շրջադարձ. Չէի կարծում, որ այս բարդությունը արժեր անել այս նախագծում AI հայեցակարգը ցուցադրելու նպատակով:
3. Գույնի տվիչի առավելությունն այն է, որ այն տարբերակում է պատի դարչնագույնը և պատնեշի կարմիրը, որը ես օգտագործել եմ ելքի ժամանակ, և հեշտ ճանապարհ է տալիս ռոբոտին որոշելու, թե երբ է ավարտել լաբիրինթոսը:

Քայլ 3: Հիմնական ծրագիրը

LEGO Mindstorms EV3- ն ունի պատկերների վրա հիմնված ծրագրավորման շատ հարմար մեթոդ: Բլոկները ցուցադրվում են համակարգչի ցուցադրման էկրանի ներքևում և կարող են քաշվել-իջեցվել ծրագրավորման պատուհանում `ծրագիր ստեղծելու համար: EV3 Brick- ը կարող է միացված լինել համակարգչին USB մալուխի, Wi-Fi- ի կամ Bluetooth- ի միջոցով, և այնուհետև ծրագիրը կարող է ներբեռնվել համակարգչից դեպի Աղյուս:

Consistsրագիրը բաղկացած է հիմնական ծրագրից և մի քանի «Իմ բլոկները», որոնք ենթածրագրեր են: Վերբեռնված ֆայլը պարունակում է ամբողջ ծրագիրը, որն այստեղ է ՝

Հիմնական ծրագրի քայլերը հետևյալն են.

1. Սահմանեք և սկզբնավորեք հերթափոխի հաշվարկման փոփոխականը և զանգվածը:
2. Սպասեք 5 վայրկյան և ասեք «Գնա»:
3. Սկսեք մի հանգույց:
4. Քշեք լաբիրինթոսով: Երբ ելքը հասնում է, հանգույցը դուրս է գալիս:
5. Displayուցադրեք Աղյուսի էկրանին, մինչ այժմ լաբիրինթոսում հայտնաբերված խաչմերուկները:
6. Ստուգեք, արդյոք ուղին պետք է կրճատվի:
7. Displayույց տվեք խաչմերուկները կրճատված ճանապարհով:
8. Վերադարձեք դեպի քայլ 4:
9. Օղակից հետո քշեք ուղիղ ուղին:

Էկրանի կադրը ցույց է տալիս այս հիմնական ծրագիրը:

Քայլ 4: Իմ բլոկները (ենթածրագրեր)

Navուցադրվում է Navigate My Block- ը, որը վերահսկում է, թե ինչպես է ռոբոտը քշում լաբիրինթոսով: Տպագրությունը շատ փոքր է և չի կարող ընթեռնելի լինել: Բայց դա լավ օրինակ է, թե որքան բազմակողմանի և հզոր են if- հայտարարությունները (որոնք կոչվում են անջատիչներ LEGO EV3 համակարգում):

1. Սլաքը #1 ցույց է տալիս Անջատիչը, որը ստուգում է, թե արդյոք ինֆրակարմիր սենսորը օբյեկտ է տեսնում ավելի քան որոշակի հեռավորության վրա: Եթե այդպես է, բլոկների վերին շարքը կատարվում է: Եթե ոչ, ապա վերահսկողությունը փոխանցվում է բլոկների մեծ, ստորին շարքին, որտեղ գտնվում է թիվ 2 սլաքը:
2. Սլաքը #2 ցույց է տալիս Անջատիչը, որը ստուգում է, թե ինչ գույն է տեսնում գույնի տվիչը: Կան 3 դեպք ՝ վերևում գույն չկա, մեջտեղում ՝ կարմիր, իսկ ներքևում ՝ շագանակագույն:
3. Երկու սլաք #3 ցույց են տալիս Անջատիչները, որոնք ստուգում են, թե արդյոք ուլտրաձայնային տվիչը օբյեկտ է տեսնում ավելի քան որոշակի հեռավորության վրա: Եթե այդպես է, բլոկների վերին շարքը կատարվում է: Եթե ոչ, ապա վերահսկողությունը փոխանցվում է բլոկների ստորին շարքին:

Blանապարհը կարճացնելու և ուղիղ ճանապարհով երթևեկելու համար իմ բլոկներն ավելի բարդ են և բոլորովին անընթեռնելի, ուստի դրանք ներառված չեն այս փաստաթղթում:

Քայլ 5: Սկսում ենք կառուցել ռոբոտը. Հիմքը

Ինչպես արդեն նշվեց, LEGO Mindstorms EV3- ը թույլ է տալիս մեկ աղյուսին միացված յուրաքանչյուր տեսակի սենսորից ոչ ավելի: Ես օգտագործեցի հետևյալ սենսորները (երեք ուլտրաձայնային տվիչների փոխարեն) `ինֆրակարմիր տվիչ, գույնի ցուցիչ և ուլտրաձայնային տվիչ:

Ստորև ներկայացված զույգ լուսանկարները ցույց են տալիս, թե ինչպես կարելի է կառուցել ռոբոտը: Յուրաքանչյուր զույգի առաջին լուսանկարում ցուցադրվում են անհրաժեշտ մասերը, իսկ երկրորդ լուսանկարում ՝ միացված իրար միացած մասերը:

Առաջին քայլը ռոբոտի հիմքի կառուցումն է ՝ օգտագործելով ցուցադրված մասերը: Ռոբոտների բազան ցուցադրվում է գլխիվայր: Ռոբոտի հետևի L- ձևավորված փոքր հատվածը մեջքի համար հենարան է: Այն սահում է, երբ ռոբոտը շարժվում է: Սա լավ է աշխատում: EV3 հավաքածուն չունի շարժակազմի տիպի մաս:

Քայլ 6: Հիմքի վերև, 1

Քայլը և հաջորդ 2 քայլերը վերաբերում են ռոբոտի հիմքի վերևին, գույնի ցուցիչին և մալուխներին, որոնք բոլորը 10 դյույմ (26 սմ) մալուխներ են:

Քայլ 7: Հիմքի վերև, 2

Քայլ 8: Հիմքի վերև, 3

Քայլ 9. Ինֆրակարմիր և ուլտրաձայնային տվիչներ

Հաջորդը ՝ ինֆրակարմիր սենսորն է (ռոբոտի ձախ կողմում) և ուլտրաձայնային տվիչը (աջ կողմում): Բացի այդ, 4 կապում `Աղյուսը վերևում ամրացնելու համար:

Ինֆրակարմիր և ուլտրաձայնային տվիչները գտնվում են ուղղահայաց ՝ սովորական հորիզոնականի փոխարեն: Սա ապահովում է պատերի անկյունների կամ ծայրերի ավելի լավ նույնականացում:

Քայլ 10: Մալուխներ

Մալուխները միանում են Աղյուսին հետևյալ կերպ.

• B նավահանգիստ. Ձախ մեծ շարժիչ:
• Նավահանգիստ C ՝ աջ մեծ շարժիչ:
• Պորտ 2: ուլտրաձայնային տվիչ:
• Պորտ 3: գույնի ցուցիչ:
• Պորտ 4: ինֆրակարմիր ցուցիչ:

Քայլ 11: Ռոբոտի կառուցման վերջին քայլը. Դեկորացիա

Թևերն ու լողակները միայն դեկորացիայի համար են:

Քայլ 12: Կառուցեք լաբիրինթոս

Երկու ծալքավոր ստվարաթղթե տուփ պետք է բավարար լինի լաբիրինթոսի համար: Ես դարձրեցի լաբիրինթոսի պատերը 12 դյույմ (12,5 սմ) բարձրությամբ, բայց 4 դյույմը (10 սմ) պետք է նույնքան լավ աշխատեն, եթե ծալքավոր ստվարաթղթի պակաս ունեք:

Նախ, ես կտրեցի տուփերի պատերը ՝ ներքևից 10 դյույմ (25 սմ): Հետո ես պատերի շուրջը կտրեցի ներքևից 5 դյույմ: Սա ապահովում է մի քանի 5-դյույմանոց պատեր: Բացի այդ, ես կտրեցի տուփերի ներքևի մասերը ՝ թողնելով կայունության համար պատերին ամրացված մոտ 1 դյույմ (2,5 սմ):

Տարբեր կտորները կարելի է կտրել և սոսնձել կամ կպցնել այնտեղ, որտեղ անհրաժեշտ է ՝ լաբիրինթոս ձևավորելու համար: Կողային պատերի միջև փակուղի ունեցող ցանկացած ճանապարհի վրա պետք է լինի 11 կամ 12 դյույմ (30 սմ) տարածություն: Երկարությունը պետք է լինի ոչ պակաս, քան 10 դյույմ (25 սմ): Այս հեռավորությունները անհրաժեշտ են, որպեսզի ռոբոտը շրջվի:

Լաբիրինթոսի որոշ անկյուններ կարող են ամրապնդման կարիք ունենալ: Բացի այդ, որոշ ուղիղ պատեր պետք է թեքվել, եթե դրանք ներառում են ստվարաթղթե ուղղված անկյուն: Այդ վայրերում պետք է սոսնձել բարակ ստվարաթղթի փոքր կտորներ, ինչպես ցույց է տրված:

Ելքն ունի կարմիր պատնեշ, որը բաղկացած է կարմիր բացիկի կես ծրարից և 2 կտոր բարակ ստվարաթղթից պատրաստված հիմքից, ինչպես ցույց է տրված:

Քայլ 13: Լաբիրինթոս

Oneգուշացումներից մեկն այն է, որ լաբիրինթոսը չպետք է մեծ լինի: Եթե ռոբոտի պտույտները մի փոքր անկյան տակ են համապատասխան շրջադարձից, ապա անհամապատասխանությունները մի քանի պտույտից հետո ավելանում են, և ռոբոտը կարող է բախվել պատերին: Ես ստիպված եղա մի քանի անգամ սուսերամարտել պտույտների պտույտների կարգավորումներով, որպեսզի հաջողությամբ շարժվեմ նույնիսկ իմ արած փոքրիկ լաբիրինթոսով:

Այդ խնդրի լուծման ուղին է ներառել ուղի ուղղող առօրյան, որը ռոբոտին կպահպանի ձախ պատից որոշակի հեռավորություն: Ես սա չեմ ներառել: Theրագիրը բավականին բարդ է և այն բավարար է այս նախագծում AI հայեցակարգը ցուցադրելու համար:

Եզրափակիչ դիտողություն

Սա զվարճալի նախագիծ էր և ուսուցման հիանալի փորձ: Հուսով եմ, որ ձեզ նույնպես հետաքրքիր կլինի: