LEGO Mindstorms Education NXT. Projekt Lego ve výuce informatiky a fyziky. Robotika 1. Mgr. Radoslav Jirásek RNDr. Jitka Jirásková Mgr.

Transkript

1 LEGO Mindstorms Education NXT Projekt Lego ve výuce informatiky a fyziky Robotika 1 Mgr. Radoslav Jirásek RNDr. Jitka Jirásková Mgr. Eva Riessová

2

3 Obsah O publikaci Animace na displeji Jízda tam a zpět v přímém směru Jízda po trojúhelníkové dráze Ultrazvukový senzor Ultrazvukový senzor Zvukový senzor Zobrazení hodnoty světelného senzoru Světelný senzor Průzkumník Jízda po čáře Tlakový senzor Rotační senzor Stopky Blikač Golfista...25 Řešení: Animace na displeji...26 Řešení: Jízda tam a zpět v přímém směru...27 Řešení: Jízda po trojúhelníkové dráze...28 Řešení: Ultrazvukový senzor Řešení: Ultrazvukový senzor Řešení: Zvukový senzor...31 Řešení: Zobrazení hodnoty světelného senzoru...32 Řešení: Světelný senzor Řešení: Průzkumník...34 Řešení: Jízda po čáře...35 Řešení: Tlakový senzor...36 Řešení: Rotační senzor 1 (1.část)...37 Řešení: Rotační senzor 1 (2.část)...38 Řešení: Stopky...39 Řešení: Blikač...40 Řešení: Golfista...41 Použitý hardware: Robot

4 O publikaci Tato sbírka řešených úloh z robotiky předpokládá základní znalosti práce v prostředí programu LEGO MINSTORMS Education NXT Programming a používá ve svých úlohách NXT pojízdný model Robot 1. Začátečníkům doporučujeme se seznámit se základní příručkou Metodika NXT. V první části obsahuje zadání úloh a popis programových prvků vhodných k jejich řešení. Ve druhé části jsou pak uvedena řešení. Detailní nastavení všech parametrů programů jsou pak k dispozici na přiloženém CD s programy. 4

5 1.Animace na displeji Úkol: Sestavte program animace na displeji Robota 1. Animace se bude skládat ze 4 5 snímků, trvajících vždy 1 sekundu. Zobrazení každého snímku bude doprovázeno nějakým zvukem. Nové programové prvky: Displej, Zvuk, Čekej. Ikona příkazu Displej(Display) může dle nastavení: Zobrazit obrázek ze souboru Smile 01 Zobrazit text Ahoj Zobrazit bod, přímku nebo kružnici. 5

6 Vymazání displeje. Ikona příkazu Zvuk (Sound) může dle nastavení: Přehrávat tón nebo zvuk ze souboru. tón z klávesnice zvukový soubor název souboru opakované hraní program čeká na přehrátí zvuku 6

7 Ikona příkazu Čekej (Wait) může dle nastavení: Čekat až uplyne nastavený čas nebo čeká až se změní stav nějakého senzoru. 7

8 2. Jízda tam a zpět v přímém směru Úkol: Sestavte program, podle kterého Robot 1 pojede 50 cm přímo vpřed, pak bude couvat zpět a ještě jednou pojede vpřed. Na prvním úseku budou motory řízeny zadáním počtem otáček. Na druhém zadáním úhlu otočení motorů. Na třetím dobou jízdy. a) Počet otočení kola je dán vzorcem: kde n je počet otáček, s je dráha pohybu, o je obvod kola, r je poloměr kola. b) Úhel otočení kola je dán vzorcem: kde φ je úhel otočení, n je počet otáček kola. c) Dobu jízdy při určitém výkonu motoru určete empiricky. Nový programový prvek: Pohybuj. Ikona příkazu Pohybuj (Move) může dle nastavení: motory se 1 x otočí Ovládat 1 3 motory současně. pro dva motory lze zadat směr zatáčení budou-li motory zastavovat budou-li motory pokračovat v pohybu, (zrychlení, zpomalení) 8

9 motory se otočí o zadaný úhel ve stupních motory budou v chodu 1 sekundu Otázky a úkoly: 1.Jakou vzdálenost ujede kolo na jedno otočení? 2.Který způsob zadání ujeté vzdálenosti je závislý na dalších podmínkách? 9

10 3. Jízda po trojúhelníkové dráze Úkol: Sestavte program, podle kterého Robot 1 objede jedenkrát okolo vyznačeného pravoúhlého trojúhelníku s odvěsnami 60 cm a 120 cm. Otázky a úkoly: 1.Jakou vzdálenost ujede na: a.1 otočení b.otočení o 1? 2.Vyjmenuj a popiš, jak mohou být poháněna kola modelu Robot 1 při zatáčení o

11 4. Ultrazvukový senzor 1 Úkol: Sestavte program, podle kterého Robot 1 pojede proti stěně a 30 cm před ní zastaví. Přehraje zvuk, otočí se o 180 a jede 100 cm zpátky. Nový programový prvek: Čekej na ultrazvuk (Wait for ultrasonic). Ikona příkazu Čekej na ultrazvuk znamená: Čekej, až bude splněna podmínka, že vzdálenost ultrazvukového senzoru od překážky je < > = zadaný počet cm nebo palců. nastavení jednotek měření Otázky a úkoly: 1.Jakou nejkratší a nejdelší vzdálenost změří ultrazvukový senzor? 2.Vyzkoušejte, jaký nejužší objekt ve vzdálenosti 20 cm senzor ještě detekuje. 11

12 5. Ultrazvukový senzor 2 Úkol: Vytvořte program pro ultrazvukový senzor, který bude řídit Robota 1 takto: Pokud se k němu přiblížíte, bude couvat od vás, pokud se od něj budete vzdalovat, pojede kupředu k vám. Nové programové prvky: Smyčka a Větvení. Ikona příkazu Smyčka (Loop) může dle nastavení: Opakovat uvnitř vloženou část programu s nekonečným počtem opakování nebo s konečným počtem opakování. Ukončení smyčky je možné podmínit změnou stavu nějakého senzoru, uplynutím zadané doby, zadáním počtu opakování nebo dosažením logické hodnoty. Ikona příkazu Větvení (Switch) větví program například takto: Je-li vzdálenost větší než 50 cm, svítí žárovka A. Je-li vzdálenost větší nebo rovna 50 cm, svítí žárovka B. větve se zobrazí jako záložky 12

13 6. Zvukový senzor Úkol: Sestavte program, podle kterého pojede Robot 1 vpřed. Na tlesknutí robot náhodně změní směr jízdy. Tato činnost se opakuje čtyřikrát, potom robot zastaví. Nové programové prvky: Čekej na senzor zvuku, Generuj náhodné číslo. Ikona příkazu Čekej na senzor zvuku (Wait) znamená: Čekej, až bude zaznamenaná intenzita zvuku větší než 50% Ikona příkazu Generuj náhodné číslo (Random) znamená: Vygeneruj náhodné číslo mezi hodnotou A a hodnotou B. Přednastavený rozsah je 0 až 100, ale můžeme jej manuálně změnit na 0 až

14 Generátor náhodných čísel se používá následovně: výstup náhodného čísla vstupy A a B výstup náhodného čísla Otázky a úkoly: 1.Zjistěte, při jakém nastavení senzoru zvuku se již rušivě projevuje okolní ruch? 2.Zjistěte názvy dalších vstupů ikony Pohybuj (Move)? 14

15 7. Zobrazení hodnoty světelného senzoru Úkol: Sestavte program pro Robota 1, tak aby při přejezdu černých čar na bílém podkladu zobrazoval hodnoty světelného senzoru na displeji. Dráha pohybu bude asi 60 cm. K odměření dráhy použijte rotační senzor z motoru A. Nové programové prvky: Rotační senzor, Smyčka řízená rotačním senzorem, Světelný senzor, Převod čísla na text, Zobrazení textu na displeji. Ikona příkazu Rotační senzor (Rotation Sensor) může dle nastavení: Vyvolat nulování (reset) rotačního senzoru nebo čtení jeho hodnoty vynulování hodnoty senzoru čtení hodnoty senzoru nastavení jednotek Ikona příkazu Smyčka řízená rotačním senzorem (Loop) může být nastavena: směr rotace Na ukončení smyčky po dosažení zadaného počtu otáček v jednom či druhém směru. 15

16 Ikona příkazu Světelný senzor (Light Sensor) umožňuje: výstup číselné hodnoty Přečíst číselnou hodnotu světelného senzoru pro další zpracování. Ikona příkazu Převod čísla na text (Number to Text) umožňuje: vstup číselné hodnoty Převod číselné hodnoty na text pro další zpracování. výstup textové hodnoty Ikona příkazu Zobrazení textu na displeji (Displej) umožňuje: vstup textové hodnoty Zobrazení textu na displeji. Otázky a úkoly: 1.Vyzkoušejte změnit umístění vypisovaných hodnot na displeji? 2.Vyzkoušejte doplnit výpis znakem %?. 16

17 8. Světelný senzor 2 Úkol: Sestavte program takový, že Robot 1 přejíždí postupně přes 4 rovnoběžné černé nalepené proužky široké cca 1,5 cm a vzdálené od sebe cm. Jakmile najede na proužek, zastaví a zahraje tón. Program končí po čtvrtém proužku.nejprve si zjistěte, jaké hodnoty měří světelný senzor na pásce a na podkladu. Nové programové prvky: Smyčka řízená světelným senzorem (Loop). Ikona příkazu Smyčka(Loop) může dle nastavení: Opakovat se tak dlouho, dokud hodnota světelného senzoru nebude menší než 50% nebo může být zadán počet opakování smyčky senzor si osvětluje prostor vstup textové hodnoty Počítadlo opakování (counter). Otázky a úkoly: 1.Zjistěte, jaký vliv má na funkčnost programu venkovní světlo? 2.Zjistěte, jaký vliv má na funkčnost programu nastavení rychlosti pohybu robota? 17

18 9. Průzkumník Úkol: Sestavte program takový, že Robot 1 se pohybuje uvnitř oblasti ohraničené černou páskou, jakmile robot najede na okraj pásky, zacouvá asi 10 cm a náhodně se otočí. Tato činnost se neustále opakuje. Otázky a úkoly: 1.Zjistěte, jaký vliv má na funkčnost programu nastavení rychlosti pohybu robota? 2.Vyzkoušejte otáčení jen o malý úhel a s kratším couváním. Jak se změní pohyb robota? 18

19 10. Jízda po čáře Úkol: Sestavte program takový, že Robot 1 se pohybuje po čáře vyznačené černou páskou. Nejprve si zjistěte, jaké hodnoty měří světelný senzor na pásce a na podkladu. Nové programové prvky: Větvení podle světelného senzoru. Ikona příkazu Větvení podle světelného senzoru (Switch) větví program takto: zde vložený příkaz se vykoná, je-li světelnost větší než 50% zde vložený příkaz se vykoná, je-li světelnost menší než 50% Otázky a úkoly: 1.Zjistěte, jaký vliv má na funkčnost programu venkovní světlo? 2.Zjistěte, jaký vliv má na funkčnost programu nastavení rychlosti pohybu robota? 3.Vyzkoušejte k řešení úlohy prvek Jízda po čáře (Line Following Block). 19

20 11. Tlakový senzor Úkol: Sestavte program pro Robot 1 takový, že pojede vpřed k překážce až do vzdálenosti 30 cm, pak začne couvat tak dlouho, dokud se nesepne tlakový senzor na zádi robota. Tato činnost se opakuje. Nové programové prvky: Čekej na tlakový senzor (Wait). Ikona příkazu Čekej na tlakový senzor může dle nastavení: čeká na stisk tlačítka čeká na uvolnění tlačítka čeká na stisk a uvolnění tlačítka Otázky a úkoly: 1.Zjistěte, jestli by program fungoval i při nastavení tlakového senzoru na uvolnění? 2.Kde se v praxi využívají tlakové senzory? 20

21 12. Rotační senzor Úkol: Robot 1 jede přes příčné černé pásky (asi 1 cm široké). Poslední páska má trojnásobnou šířku. Šířka čáry určuje úhel otočení rotačního senzoru. Tato hodnota se zobrazuje na displeji. Za poslední, tedy širokou, páskou robot zastaví. Diagram programu: 21

22 13. Stopky Úkol: Sestavte program, který z Robota 1 udělá stopky k měření času. Bude mít funkci nulování, start a stop. Jako tlačítko použijte dotykový senzor. První zmáčknutí nulování, druhé start, třetí stop. Činnost se opakuje. Čas se bude ukazovat v setinách sekund. Nové programové prvky: Časovač, Proměnná. Ikona příkazu Časovač (Timer) může dle nastavení: Ikona příkazu Proměnná (Variable) může dle nastavení: Obsahovat logickou, číselnou nebo textovou hodnotu. Nejprve se v Menu proměnná definuje a potom se její jméno přiřadí ikoně. 22

23 Diagram programu: Otázky a úkoly: 1.Zkuste doplnit program o výpis ve tvaru 14,65 s? 23

24 14. Blikač Úkol: Sestavte program takový, že Robot 1 bude blikat se třemi žárovkami na portech ABC podle intenzity okolního světla. Za tmy budou blikat tři, v přítmí dvě, při rozjasnění jedna a za světla žádná. K připojení žárovek použijte kabelové adaptéry. K řešení použijte vnořená větvení programu. Nové programové prvky: Žárovka. Ikona příkazu Žárovka (Lamp) může dle nastavení: Rozsvítit nebo zhasnout žárovku. Nastavit lze intenzita svícení. Otázky a úkoly: 1.Vyzkoušejte měnit rychlost blikání? 2.Vyzkoušejte řešení bez větvení programu? 24

25 15. Golfista Úkol: Sestavte program takový, že Robot 1 vybavený ramenem a světelným senzorem s upraveným uchycením pro golf jede k podložce s červeným nebo modrým míčkem. Před podložkou zastaví a červený míček odpálí. Pokud je míček modrý, neodpálí jej, ale zazní zvuk chyby a robot zacouvá. Diagram programu: Otázky a úkoly: 1.Zkuste upravit program tak, aby byl méně ovlivněn okolním osvětlením? 25

26 Řešení: Animace na displeji 26

27 Řešení: Jízda tam a zpět v přímém směru 27

28 Řešení: Jízda po trojúhelníkové dráze 28

29 Řešení: Ultrazvukový senzor 1 29

30 Řešení: Ultrazvukový senzor 2 30

31 Řešení: Zvukový senzor 31

32 Řešení: Zobrazení hodnoty světelného senzoru 32

33 Řešení: Světelný senzor 2 33

34 Řešení: Průzkumník 34

35 Řešení: Jízda po čáře 35

36 Řešení: Tlakový senzor 36

37 Řešení: Rotační senzor 1 (1.část) 37

38 Řešení: Rotační senzor 1 (2.část) 38

39 Řešení: Stopky 39

40 Řešení: Blikač 40

41 Řešení: Golfista 41

42 Použitý hardware: Robot 1 42

43

44