Знакомство с TrikStudio презентация

План занятия
Знакомство с TrikStudio
Введение в JavaScript
Основные объекты и определения в JavaScript
Функции в JavaScript
Работа с файлами в JavaScript
Лабиринт
Навигация
Компьютерное зрение
Межагентное взаимодействие
Задачи профиля ИРС

Группа в Telegram
Наставники НТИ. ИРС
https://goo.gl/qcsJ5J

TrikStudio. Создание программы (1)
Создаём новый проект в TrikStudio

TrikStudio. Создание программы (2)
Перетаскиваем блок «Конец» на
рабочее пространство
Соединяем блок "Начало", располо-женный на рабочем пространстве с ним

TrikStudio. Создание программы (3)
В выпадающем меню рядом с кнопкой TRIK выбираем "Генерация JavaScript“
Выбираем пункт меню "Генерировать JavaScript код"

TrikStudio. Редактор кода
Кнопки запуска и остановки программы;
Выбор режима запуска
(2D эмуляция или запуск на реальном роботе)
Меню "Настройки";
Генерация и загркзка на контроллер JavaScript кода;
IP адрес контроллера;
Вкладки с программами;
Переключение между редактором программ и симулятором;
1
2
3
4
5
6
7
8
Текущие значения основных переменных (в режиме программирования на JavaScript выводятся только значения датчиков

TrikStudio. Окно эмуляции (1)
Инструменты редактирования поля:
Курсор;
Добавить стену;
Добавить прямую линию;
Добавить кривую;
Добавить прямоугольник;
Добавить произвольную линию;
Добавить картинку;
Параметры сетки;
Скорость эмуляции;
Возврат робота в стартовую позицию;
Запуск программы;
Эмулятор;
Дополнительные параметры робота.
3

TrikStudio. Окно эмуляции (2)
Эмуляция экрана и кнопок управления роботом;
Конфигурация датчиков;
Конфигурация моторов;
Настройка физики;
Параметры робота для эмулятора (не изменяемые).
1
2
3
4
5

TrikStudio. Датчики
Ультразвуковой датчик расстояния, цифровой. Подключается к портам D1, D2.
Датчик линии (камера). Подключается к порту VIDEO2.
Датчик касания, аналоговый. Подключается к портам А1- А6
Инфракрасный датчик расстояния, аналоговый. Подключается к портам А1-А6
Датчик освещённости, аналоговый. Подключается к портам А1-А6.
1
4
3
2
5

TrikStudio. Изменение положения
Расположение робота и датчиков можно менять путём "перетаскивания" курсором;
Их направления можно изменить, двигая курсором мыши синюю стрелку (для ровных поворотов кратно 45о – держать клавишу "Shift");
Расположение датчиков всегда рассчитывается относительно робота.

TrikStudio. Расположение датчиков
Геометрия датчиков (проекция) должна практически полностью находиться на проекции робота, иначе будут сложности при поворотах в том же лабиринте.

Набор ТРИК. Контроллер

Контроллер ТРИК

Набор ТРИК. Подключения
Изменить конфигурацию подключаемых датчиков можно на контроллере в файле system-config.xml

Введение в JavaScript. Типы данных
Узнать тип данных можно оператором typeof:
print (typeof 'abc') print (typeof 123) print (typeof (x))

Javascript. Числа. Методы и функции

JavaScript. Строки. Методы, свойства

JavaScript. Массивы. Методы, свойства

Введение в JavaScript. Операции

Введение в JavaScript. Переменные (1)
JavaScript – регистрозависимый язык програм-мирования с динамической типизацией данных
Переменные num и Num – разные
Переменные x и X - разные
var x = 0 // typeof x ? тип 'number'
var x = 'abcd' // typeof x ? тип 'string‘

Введение в JavaScript. Переменные (2)
Области видимости переменных
Объявление переменных через var создает переменную с доступностью только внутри функции или объекта (локальная переменная). Если var используется вне функции, то переменная будет глобальной, т.е. доступна в любой части программы.
Объявление переменной без оператора var в любом месте программы переводит ее в разряд глобальных переменных – будьте внимательны!

Введение в JavaScript. Переменные (3)
Области видимости переменных (пример)

Введение в JavaScript. Комментарии
Однострочный комментарий: //
Многострочный комментарий: /* … */
Закрывающая часть многострочного комментария
' */ ' должна быть обязательно!

Основные объекты ТРИК. Brick

Основные объекты ТРИК. Script

Основные объекты ТРИК. Mailbox

Основные объекты ТРИК. Math

Вывод информации
В виртуальной среде TrikStudio (консоль):
print ('Профиль ИРС')
На экран контроллера ТРИК:
brick.display().addLabel('Профиль ИРС',10,20)
brick.display().redraw()
Запись в файл:
script.removeFile('file.txt')
script.writeToFile('file.txt', 'Профиль ИРС' + '\n')

Модель робота для финала НТИ ИРС
На финале НТИ в профиле ИРС используется мобильная робототехническая платформа ТРИК с дифференциальным приводом:
D (Diameter, диаметр колеса)
T (Track, колея - расстояние между колесами)
Энкодеры, cpr (counts per rotation – кол-во считываний энкодера за 1 оборот колеса)
Какие характеристики мы будем использовать для управления роботом?

Переменные с параметрами робота
Создадим переменную robot типа "объект" для определения констант, относящихся к виртуальной модели нашего робота:
robot = {
wheelD: 5.6, // диаметр колес робота
track: 17.5, // колея (между колес)
cpr: 360, // cpr "в виртуалке". На моторе – 274 или 385
v: 80 // мощность моторов
}
Также можно добавить:
координаты клетки: cellX, cellY, cellA (азимут)
координаты одометрии: x, y, alpha

Переменные для управления роботом
Создадим переменные для более простого и "быстрого" доступа к функциям управления робота:
mL = brick.motor('M4').setPower // левый мотор
mR = brick.motor('M3').setPower // правый мотор
eL = brick.encoder('E4').read // левый энкодер
eR = brick.encoder('E3').read // правый энкодер
sF = brick.sensor('D1').read // сенсор спереди (УЗ)
sL = brick.sensor('A2').read // сенсор справа (ИК)
pi = Math.PI
abs = Math.abs
wait = script.wait
….

Условные операторы JavaScript
If / else if / else
if (выражение){
инструкции
} [else if] {
[инструкции]
} [else] {
[инструкции]
}
Тернарная операция:
sgn = num > 0 ? 1 : -1
if (num > 0)
sgn = 1
else
sgn = -1
Switch (переключатель)
switch (переменная) {
case <значение1>:
инструкции
break
case <значение2>:
инструкции
break
default:
инструкции
break
}

Циклы в JavaScript
Безусловный цикл:
for (инициализация; проверка; инкремент/декремент){
инструкции
}
Условный цикл:
while (<условие_пока_истина>) {
инструкции
}

Перемещение робота на расстояние
Проезд роботом расстояния в 1 оборот колеса:
C (длина окружности)

Перемещение робота на расстояние. Пример
Например, надо проехать по прямой 52.5 см
distance = 52.5 // в см
path = (distance / (pi * robot.wheelD)) * robot.cpr // в cpr
mL(robot.v) // мощность левого мотора
mR(robot.v) // мощность правого мотора
while (eL() < path) { // пока энкодер_левый < пути
wait(10)
}
mL(0)
mR(0)
Какие части программы можно
вынести в отдельные функции?

Перемещение робота на расстояние. Функции
function cm2cpr (cm) {return (cm / (pi * robot.wheelD)) * robot.cpr }
function motors(vL, vR){
vL = vL == undefined ? robot.v : vL
vR = vR == undefined ? vL : vR
mL(vL)
mR(vR)
}
function straight(cm){
var path = cm2cpr(cm)
motors()
while (eL() < path) { wait(10) }
motors(0)
}
straight(52.5)

Повороты робота на заданный угол
Варианты поворотов робота с дифференциальным приводом.
vR
vL
vR=0
vL
vL = -vR
vL > 0; vR = 0
vR
vL
vL > vR

Повороты робота на заданный угол
Пример расчета разворота
на 90 градусов (angle):

Повороты робота в TrikStudio
Поворот в ТрикСтудии:
Вперед (17.5/2)
Поворот
Назад (17.5/2)
На реальном роботе такие маневры не нужны!

Повороты робота на заданный угол. Псевдокод
функция поворота (угол){
длина_пути = ((колея * угол) / (D_колеса * 360))* cpr
мощность левого мотора = 40
мощность правого мотора = -40
Пока (энкодер_левый < длина_пути){
ждать 10 мс
}
моторы стоп
}

Точное перемещение робота (часть 1)
Прямолинейное движение с плавным стартом и финишем
разгон
торможение
движение
Зоны разгона и торможения – по ¼ от всего пути
Зона движения на максимальной скорости – 2/4 от всего пути

Точное перемещение робота (часть 2)
Необходимые данные для функции:
Длина пути
Максимальная мощность моторов
Начальная мощность моторов
Дельта приращения/уменьшения скорости
Текущие значения энкодеров

Точное перемещение робота. Псевдокод
функция плавное_движение (cm, v){
v = v == undefined ? robot.v : v // мощность моторов
var path0 = eL() // текущие значения энкодера (ТЗЭ)
var path = cm2cpr(cm) + path0 // конечное значение энкодера (КЗЭ)
var v0 = 30, vM = v0 // начальная мощность моторов
var startStop = path / 4 // длина разгона/торможения (ДРТ)
var dV = (v - v0)/10 // дискретность разгона/торможения
пока (энкодер_левый < КЗЭ)
если (энкодер_левый < ТЗЭ + ДРТ) vM += dV
иначе если (энкодер_левый > ТЗЭ + ДРТ * 3) vM -= dV
мощность моторов (левый, правый) = vM
ждать 30 мс
}

Гироскоп MEMS. Описание (1)
MEMS (МЭМС) – микроэлектромеханические системы, объединяющие в себе миркоэлектронные и микромеханические системы
Гироскоп показывает угол отклонения в 3х измерениях:
X – "крен" (roll)
Y – "тангаж" (pitch)
Z – "рыскание" (yaw)

Гироскоп MEMS. Описание (2)

Гироскоп в контроллере ТРИК
Диапазон работы гироскопа в ТРИК находится в пределах -180 … +180 градусов.
0o
+180o
-180o

Гироскоп. Обработка в JavaScript
Инициализация:
brick.gyroscope().calibrate(N)
script.wait(N + 1000)
в ТрикСтудии N = 5000 мс, в роботе N = 14000 мс
Получение значений углов (значения в миллиградусах!):
g = brick.gyroscope().read() // массив из 7 элементов
g[4] = ось X ? крен (roll)
g[5] = ось Y ? тангаж (pitch)
g[6] = ось Z ? рыскание (yaw) нас интересует это значение!

Гироскоп. Использование в JavaScript
инициализация гироскопа;
// функция поворота на абсолютный угол по гироскопу
функция поворот_по_гироскопу (угол):
если угол < 200 // если значение угла в градусах
угол *= 1000 // переводим в миллиградусы
мощность (левого, правого) моторов = (40, -40)
пока (abs(угол – brick.gyroscope().read()[6] )> 3000)
ждать 10 мс
моторы стоп

Пропорциональный регулятор. Описание
Пропорциональный регулятор – устройство (алгоритм), оказывающее управляющее воздействие на объект управления пропорционально его отклонению от заданного состояния.
uo(t) = e * k

Пропорциональный регулятор. Схема
w – требуемое значение параметра системы (уставка)
P – сумматор обратной связи и требуемого значения
e – отклонение фактического значения от требуемого (ошибка), e = w - y
u – управляющее воздействие (входной сигнал)
z – внешние воздействия
y – фактическое значение параметра системы

Пропорциональный регулятор. Псевдокод
Движение робота с выравниваем по энкодерам на П-регуляторе:
Kp = 2 // Kp - повышающий коэффициент
Пока (истина):
ошибка = энкодер_левый – энкодер_правый
управляющее воздействие (УВ) = ошибка * Kp
мощность мотора (левый) = 60 - УВ
мощность мотора (правый) = 60 + УВ
ждать 20 мс

Работа с файлами на ТРИК
Разберем примеры из задач сезона 2017/2018: Задача 6.3.1. Одометрия (файл данных data1.txt)
Задача 6.3.7. Планирование маршрута (data2.txt)
и снимки меток ARTag:
ar_pic1.txt, ar_pic2.txt, ar_pic3.txt

Работа с файлами на ТРИК. Чтение
Чтение данных из файла:
data = script.readAll('c:/nti/data1.txt')
в итоге 'data' = массив данных, где каждый элемент (строковый тип) – строка из файла.
При работе с файлами в ТрикСтудии лучше указывать абсолютный (полный) путь к файлу. В случае выполнения программы на контроллере ТРИК, путь можно не указывать - он будет размещаться в текущей папке запуска скрипта.

Работа с файлами на ТРИК. Обработка данных (1)
line0 = data[0].trim().split(' ')
N = parseInt(line0[0])
t = parseFloat(line0[1].replace(",","."))
v = [ ], w = [ ]
Для i = 0 до N{
var line = data[i+1].trim().split(‘ ‘)
v.push(parseFloat(line[0] .replace(",", ".")))
w.push(parseFloat(line[1] .replace(",", ".")))
}

Работа с файлами на ТРИК. Обработка данных (2)
lines = script.readAll('c:/temp/data2.txt')
polygon_nums = parseInt(lines[0]) // кол-во многоугольников
line = lines[1].trim().split(' ')
maxX = parseInt(line[0])
maxY = parseInt(line[1])
line = lines[2].trim().split(' ')
startX = parseInt(line[0])
startY = parseInt(line[1])
finishXY = lines[3].trim().split(' ').map(Number)
polygons = [ ] // массив для полигонов

Работа с файлами на ТРИК. Обработка данных (3)
line = 4 // номер строки в файле
Для i от 0 до кол-во_полигонов {
polygons.push([ ]) // добавляем пусто массив
кол-во_вершин = parseInt(lines[line].trim())
для s от 0 до кол-во_вершин {
polygons[i].push(lines[s + line + 1].trim())
}
line += кол-во_вершин + 1
}

Работа с файлами на JavaScript. Задания
Файлы с данными содержат 2 строки:
Размер картинки в пикселях – длина и высота (N M)
Данные по цветности N x M пикселей, в формате RGB24.
Необходимо написать функцию по считыванию данных из файла, преобразованию 1-мерного массива в 2-мерный и преобразованию картинки в черно-белый вариант (0 или 1). Результат вывести в файл в виде 2-мерной матрицы
Имена файлов с входными данными:
ar_pic1.txt ar_pic2.txt ar_pic3.txt

TrikStudio. Модель мира (1)
Для сохранения или загрузки "модели мира" в TrikStudio нужно кликнуть правой кнопкой мыши на поле в окне эмуляции и выбрать соответствующий пунк в выпадающем меню.
Файлы хранятся в текстовом виде, в файлах с расширением .xml
В "модели мира" помимо карты также хранится конфигурация моторов и датчиков.

TrikStudio Модель мира (2)
Структуры мира (стены, линии, окружности и т.д.);
Текущая позиция робота;
Датчики и их расположение (относительно робота);
Стартовая позиция робота;
Моторы.
1
2
3
4
5

Оффлайн презентации по ИРС
https://goo.gl/UVapPu
Фильтрация значений датчиков
Построение карты. Локализация
Счисление пути в задачах навигации
Планирование и построение маршрута
Алгоритмические основы технического зрения

ОНТИ ИРС. Финал 2016/17
Задачи:
Локализация;
Построение пути;
Считывание штрихкода.
Подзадачи:
Движение прямо;
Повороты на 90°;
Движение в лабиринте;
Обнаружение циклов при движении по лабиринту;
Механизмы выравнивания.

ОНТИ ИРС. Финал 2017/18
Изменения:
Штрихкоды заменены ARTag маркерами;
Добавлена задача на поиск обрушений;
Добавлено условие верификации задачи в симуляторе.
Убрана задача локализации.

Контакты
Алексей Клячин
www.robonest.ru
Михаил Фадеев
[e-mail]