Název: Světlo. Kalibrace světelného senzoru. Tematický celek: Světelné a zvukové jevy. Úkol: 1. Zopakuj si, co je to světlo a jak se šíří. 2. Zjisti, jak pracuje světelný senzor. 3. Navrhni robota pro kalibraci světelného senzoru. 4. Analyzuj získaná data, navrhni jejich využití v úlohách pro řízení robota. Robotické vnímání světa I. /21 1
1. Opakování Světlo záření, na které je citlivé lidské oko vzniká ve světelných zdrojích, což jsou většinou tělesa zahřátá na vysokou teplotu (vlákno žárovky, slunce atd.) předměty, které nejsou samy zdrojem světla vidíme proto, že odrážejí část dopadajícího světla světlo se šíří v optickém prostředí, to může být: průhledné propouští světlo bez zeslabení neprůhledné světlo nepropouští, odráží nebo pohlcuje průsvitné světlo sice propouští, ale rozptyluje všemi směry ve stejnorodém prostředí se světlo šíří přímočaře rychlost světla ve vakuu je přibližně 300 000 km/s Robotické vnímání světa I. /21 2
2. Světelný senzor (light senzor) o světelném senzoru byla zmínka již v materiálu rvs_i_1 spolu s ultrazvukovým senzorem umožňuje robotovi vidět zatímco ultrazvukový senzor má pracovní rozsah asi 20 cm až 2 m s přesností 3 cm, světelný senzor funguje na kratší vzdálenost asi 1-2 cm, umožňuje tedy pohyb robota řídit daleko přesněji (např. při vyhýbání se překážkám, hledání předmětů atd.) na rozdíl například od senzoru teploty nevrací konkrétní hodnotu fyzikální veličiny, srovnává intenzitu dopadajícího světla s vlastním nastavením a vrací poměrnou hodnotu v rozsahu 0 100 blok Light senzor najdeme zde: pracuje ve dvou režimech: pasivní režim měří intenzitu světla a porovnává ji s vlastním nastavením Robotické vnímání světa I. /21 3
aktivní režim v tomto režimu senzor rozsvítí červenou diodu, pomocí odraženého světla může senzor rozeznávat barvy, hledat překážky atd. provoz senzoru v aktivním režimu má velký praktický význam, kdy např. v automatizovaných továrních halách se nákladní vozíky orientují pomocí barevných čar na zemi problém je, že zobrazované hodnoty se můžou i značně lišit v závislosti na vnějších světelných podmínkách, proto je nutné u praktických úloh a konstrukcí provádět ruční nebo automatickou kalibraci světelného senzoru Robotické vnímání světa I. /21 4
3. Kalibrace světelného senzoru a) uspořádáme pokus dle snímku: připojíme k PC NXT kostku se světelným senzorem v aktivním režimu, odečítáme údaje ze senzoru pro různé vzdálenosti, barvy předmětu i úrovně osvětlení data odečítáme přímo během měření v konfiguračním panelu senzoru (viz. další snímek) Robotické vnímání světa I. /21 5
b) program pro měření je velice jednoduchý: c) měření provádíme I) pro různé úrovně osvětlení (přirozené světlo jasné osvětlení, přirozené světlo pod mrakem, umělé osvětlení); pro každou úroveň osvětlení nejprve zaznamenáme senzorem v pasivním režimu hladinu světla II) pro různé úrovně barvy (zelená, červená, modrá) III) pro různé úrovně vzdálenosti senzoru a předmětu (2 cm, 5 cm, 10 cm) Robotické vnímání světa I. /21 6
d) získaná data vyneseme do tabulky: Robotické vnímání světa I. /21 7
4. Analýza získaných dat a) ze získaných dat vyplývá, že senzor nejlépe pracuje při umělém osvětlení, kdy naměří téměř stejné hodnoty světla pro všechny tři zkoumané vzdálenosti b) naopak při měření na přirozeném světle jsou značné rozdíly mezi největší a nejmenší vzdáleností c) při použití robota na přirozeném světle má smysl rozeznávat barvy jen při vzdálenosti senzoru do 2 cm od povrchu předmětu, při větších vzdálenostech se rozdíly mezi jednotlivými barvami prakticky stírají d) i při použití robota při umělém osvětlení je rozdíl mezi modrou a zelenou minimální, pokud by měl robot za úkol orientovat se podle čar na zemi, je nutné volit barvy s velkým kontrastem Robotické vnímání světa I. /21 8