Robot versió 6

Robot

Aquesta és la sisena versió del robot educatiu dissenyat conjuntament per Edco i els professors Carles Olivé i Jordi Binefa de l'Escola del Clot - Jesuïtes El Clot.

Aquest robot està pensat per a funcionar amb un Arduino Nano o una Raspberry Pi Zero W.

La darrera versió dels codis per a fer-lo funcionar són al dipòsit d'Arduino i al dipòsit de la Raspberry Pi, realitzats per Fran Mesas.

Connexions

Esborrany de l'esquema electrònic

Control des del NodeRED i MQTT

NodeRED

Aquest flux del NodeRED

Python

Codis d'interacció en Python

Per a visualitzar per terminal l'estat dels sensors infrarojos i la lectura de distància del sensor d'ultrasons:

pi@robot01:~/code/robot $ ./irUs_03.py 

Per a moure els motors fem servir la funció vMotion(nEsq,nDre) present a l'arxiu importable edcoRobot.py:

vMotion(-127, +127)

pi@robot01:~/code/robot $ ./motor_01.py

Interacció amb el maquinari

Inici i aturada del procés al rerefons

Per a fer la comunicació entre el maquinari i el NodeRED cal executar:

/home/pi/code/robot/robot_01.py

Altrament, també es pot executar des dels nodes del NodeRED:

Anomenem l'execució del codi com a procesUnic:

bash -c "exec -a procesUnic /usr/bin/python3 /home/pi/code/robot/robot_01.py"

I per a matar el procés pel nom procesUnic:

pkill -f procesUnic

robot_01.py és l'encarregat de comunicar el maquinari i el NodeRED. Per tant, quan no està en marxa no hi ha comunicació entre el maquinari i el NodeRED.

Recepció de les dades dels sensors

Objecte JSON amb les dades del sensor:

us: distància en centímetres del sensor d'ultrasons.

bL i bR: Sensors infrarojos (IR) darrere esquerre (back left) i darrere dret (back right). L'estat W és la detecció d'un color blanc (white) quan rebota el llum i l'estat B és la detecció d'una absorció de llum, normalment la detecció del color negre (black).

bFL, bCL, bCC, bCR i bFR: Sensors infarojos (IR) frontals (far left, center left, center, center right i far right). L'estat W és la detecció d'un color blanc (white) quan rebota el llum i l'estat B és la detecció d'una absorció de llum, normalment la detecció del color negre (black).

button: El botó entre els sensors ultarsònics i la Raspberry Pi. L'estat N és de no premut (not pressed) i P és premut (pressed).

Objecte JSON en format de cadena de caràcters:

Transmissió de dades als actuadors

Es fa mitjançant un JSON amb els camps left i right que controlen les rodes de la dreta i les de l'esquerra. Els valors corresponen al cicle de treball (duty cicle) del sistema de modulació per amplada de pols (PWM: Pulse Width Modulation). Els valors entre -255 i 0 corresponen al 100% i 0% del cicle de treball amb els motors en marxa enrere, i els valors entre 0 i 255 corresponen al 0% i 100% del cicle de treball amb els motors en marxa endavant.

En aquest exemple els motors de l'esquerra del robot van enrere amb un cicle de treball del 50% (el 100% és 255) i els motors de la dreta van endavant amb un cicle de treball del 50%:

{"left":-127,"right":127}

Activació dels actuadors en funció dels sensors

Exemple

Aquesta és la implementació d'un exemple amb aquest comportament:

- Quan es detecta B a bCC s'aturen els motors i quan es detecta W els dos motors van cap a endavant amb un cicle de treball del 50%.

Codi de NodeRED de l'exemple

La funció Robot Brain:

flow.set("bCC",msg.payload.ir.bCC);
if(msg.payload.ir.bCC == "B"){
    flow.set("left",0);
    flow.set("right",0);    
    msg.payload = {"left":0,"right":0};
}else{
    flow.set("left",127);
    flow.set("right",127);    
    msg.payload = {"left":127,"right":127};
}
return msg;

Exercicis

0) Programeu en NodeRED la següent lògica:

- Si es detecta B a bCC llavors s'aturen tots els motors

- Si es detecta B a bCL llavors el motor de l'esquerra tindrà un cicle de treball del 50% cap endavant. Si es detecta B a bCR llavors el motor de la dreta tindrà un cicle de treball del 50% cap endavant.

- Si es detecta B a bFL llavors el motor de l'esquerra tindrà un cicle de treball del 100% cap endavant. Si es detecta B a bFR llavors el motor de la dreta tindrà un cicle de treball del 100% cap endavant.

- Si es detecta B a bL llavors el motor de l'esquerra tindrà un cicle de treball del 50% cap enrere. Si es detecta B a bR llavors el motor de la dreta tindrà un cicle de treball del 50% cap enrere.

El criteri per evitar paradoxes (fer dues coses contràries a l'hora) és que la prioritat sigui sempre la condició superior a la llista.

Farem servir variables de flux per a determinar la velocitat i sentit dels motors.

1) Feu que el robot vagi cap endavant fins que detecti un obstacle (per exemple una paret) a 10 cm de distància. Caldrà posar una histèresi per a evitar una oscil·lació. Si la distància és superior a 12 cm el robot haurà d'avançar, entre 10cm i 12 cm haurà d'estar aturat i si detecta menys de 10cm haurà d'anar cap enrere.

2) Implementeu un AGV (Automated Guided Vehicle') capaç de seguir una línia negra (cinta aïllant al terra), sense revolts molt pronunciats. Exemple d'AGV

3) Feu que el vostre robot sigui capaç de treure un objecte (per exemple una capsa de sabates) d'una zona circular (semblant a un tatami de sumo). La zona circular és de color blanc amb una frontera en forma de cercle de color negre. Haureu de fer que el robot comenci a cercar un obstacle (la capsa) després de cinc segons d'haver deixat de prémer el botó que està darrera dels sensors ultrasònics. Quan es detecti l'obstacle (la capsa), s'ha de fer fora del cercle. El robot no pot sortir completament de la frontera de color negre.

4) Implementeu un AGV (Automated Guided Vehicle') capaç de seguir una línia negra (cinta aïllant al terra) amb revolts molt pronunciats.

5) Implementeu un AGV (Automated Guided Vehicle') fent servir un PID (Proportional–Integral–Derivative controller).

Control des de Snap i sòcols web

Aquesta explicació per a fer possible el funcionament del robot fent servir Snap requereix d'una Raspberry Pi Zero W (per mida és la més adient, però cal afegir un connector de potes llargues).

Servidor de sòcols web

A l'exemple d'instal·lació d'un servidor de sòcols web a un Debian amb Apache està en marxa wsServer.js

Programa en Python que es comunica mitjançant sòcols web

Biblioteca d'accés al maquinari del robot. Ha de ser al mateix directori que el programa d'accés a l'Snap.

Programa que comunica l'Snap amb la biblioteca d'accés al maquinari del robot.

Control des del NodeRED del programari de comunicació amb el robot

Codi de NodeRED per a controlar el programari de comunicació amb el robot

Programes d'exemple a Snap

ws_12.xml

ws_12d.xml

Imatge de la targeta microSD

Amb l'objectiu de fer fàcil la posada en marxa del robot, podeu descarregar aquesta imatge de la targeta microSD. Aquesta imatge està basada en el sistema operatiu Raspbian Buster Lite, que està basat en Debian 10. Es fa servir la versió Lite (sense entorn gràfic) per estalviar recursos de la CPU.

Imatge de la targeta microSD per al robot (v6.11). La mida de la imatge és de 3,8GB

Com instal·lar la imatge a la targeta microSD

Heu d'anar amb cura de canviar el nom de les imatges proposades pel nom de la imatge del robot descarregada. Installing operating system images on Linux

Installing operating system images using Windows