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Programação de Kits Lego NXT usando Linguagem Gráfica Nativa (ou NXT-G)

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Introdução à programação de kits Lego NXT usando linguagem gráfica nativa ou NXT-G. Noções de controle automático: malha aberta x malha fechada. Programando Seguidor de Linha usando Sensor de Cor, …

Introdução à programação de kits Lego NXT usando linguagem gráfica nativa ou NXT-G. Noções de controle automático: malha aberta x malha fechada. Programando Seguidor de Linha usando Sensor de Cor, inicialmente por comparação (movimento bastante oscilatório), terminando com controlador Proporcional (movimento suave, inclui auto-calibração). Noção de controlador industrial PID (Proporcional - Integrativo - Derivativo). Outras sugestões de montagem.
Video (dos slides) em: http://youtu.be/FzGMM5R8ZPg

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  • 1. Programação Lego NXT NXT-G 2.0 Introdução à Eng. Elétrica Prof. Fernando Passold 1Monday, April 7, 14
  • 2. Detalhes da Linguagem A nova versão da linguagem gráfica NXT-G (2.0) suporta cálculos em “ponto-flutuante” (com casas decimais)(float). A versão anterior só permitia realizar cálculos com números inteiros (int). Existem outras linguagens... 2Monday, April 7, 14
  • 3. Para documentar estrutura física realizada Lego Digital Designer: http://ldd.lego.com/en-us/ 3Monday, April 7, 14
  • 4. Começando a trabalhar 1) Comandos em malha- aberta (sem realimentação, sem feedback) 4Monday, April 7, 14
  • 5. NXT-G Programação nativa 5Monday, April 7, 14
  • 6. Programa... Def.: Seqüência lógica de passos que permite coletar dados de entrada, processar esta informação de entrada e gerar uma saída específica conforme desejado. Ex.: Programa para resolver equação do 2o-grau: Dados Entrada: a, b e c. Processamento: Saída: x1 e x2. ax2 + bx + c = 0 = b2 4ac x = b ± p 2a 6Monday, April 7, 14
  • 7. Programando... Exemplo Válido? Programador: SPOT, ande para frente e pare. [SPOT: apenas fica parado] Que aconteceu? Se alguém pedisse que você “ande um pouco e pare”, quão longe você iria? Quando você iria parar? Máquinas: indicar com precisão o que deve ser feito! 7Monday, April 7, 14
  • 8. Programando (2)... Exemplo Válido: Programador: SPOT, ande para frente 5 segundos e pare. [SPOT: se move para frente durante 5 segundos e para.] Programador: SPOT, gire 180 graus e então ande até meus pés. [SPOT: ?] 1o-caso: note são algumas instruções: andar para frente, esperar os 5 segundos, parar. (São diferentes, simples e pequenos programas intercalados). 2o-caso: Girar 180o no sentido horário ou anti-horário? Outro problema: “pés”? 8Monday, April 7, 14
  • 9. Programando (3)... Conclusões: O programa deve ser bastante específico; Infelizmente o NXT não entende ainda comandos de voz! Necessidade de usar alguma linguagem de programação. 9Monday, April 7, 14
  • 10. Programando (3)... Conclusões: O programa deve ser bastante específico; Infelizmente o NXT não entende ainda comandos de voz! Necessidade de usar alguma linguagem de programação. 1 NXT-G 2 C# with Microsoft Robotics Developer Studio 3 BricxCC, Next Byte Codes, Not eXactly C 4 Robolab (RCX) 5 RoboMind 6 Enchanting 7 ROBOTC (comercial) 8 NXTGCC 9 leJOS NXT (Java) 10 nxtOSEK (tempo-real, Matlab) 11 ICON 12 MATLAB and Simulink 13 Lua 14 Ada 15 URBI 16 FLL NXT Navigation 17 ruby-nxt 18 Robotics.NXT 19 LibNXT 20 PyNXC 21 NXT-Python 22 LEGO Mindstorms EV3 Software 23 Physical Etoys 24 ? 9Monday, April 7, 14
  • 11. NXT-G Linguagem “nativa” (de fábrica) do NXT. Baseada no LabView; “G” significa gráfica; Ambiente de programação instalado em Windows ou Mac; 10Monday, April 7, 14
  • 12. NXT-G Linguagem “nativa” (de fábrica) do NXT. Baseada no LabView; “G” significa gráfica; Ambiente de programação instalado em Windows ou Mac; 10Monday, April 7, 14
  • 13. NXT-G Linguagem “nativa” (de fábrica) do NXT. Baseada no LabView; “G” significa gráfica; Ambiente de programação instalado em Windows ou Mac; 10Monday, April 7, 14
  • 14. NXT-G Linguagem “nativa” (de fábrica) do NXT. Baseada no LabView; “G” significa gráfica; Ambiente de programação instalado em Windows ou Mac; 10Monday, April 7, 14
  • 15. NXT-G Linguagem “nativa” (de fábrica) do NXT. Baseada no LabView; “G” significa gráfica; Ambiente de programação instalado em Windows ou Mac; 10Monday, April 7, 14
  • 16. NXT-G Linguagem “nativa” (de fábrica) do NXT. Baseada no LabView; “G” significa gráfica; Ambiente de programação instalado em Windows ou Mac; 10Monday, April 7, 14
  • 17. NXT-G Linguagem “nativa” (de fábrica) do NXT. Baseada no LabView; “G” significa gráfica; Ambiente de programação instalado em Windows ou Mac; 10Monday, April 7, 14
  • 18. NXT-G: JANELA INICIAL 11Monday, April 7, 14
  • 19. Área de Trabalho:Work Area 12Monday, April 7, 14
  • 20. Paletas de Blocos de Programação Paleta Comum: contêm os blocos mais usados. 13Monday, April 7, 14
  • 21. Paleta Completa: contêm vários blocos de programação Paletas de Blocos de Programação 14Monday, April 7, 14
  • 22. Custom Palette: contêm vários blocos extras baixados e ouotros feitos pelo usuário Paletas de Blocos de Programação 15Monday, April 7, 14
  • 23. Painel de Configuração / Configuration Panel: onde se ajustam os blocos de programação 16Monday, April 7, 14
  • 24. “Controller”: permite transferir programa para o NXT. Também permite modificar ajustes (setup) do NXT. 17Monday, April 7, 14
  • 25. “NXT Window”: Janela “pop-up” mostra informações à respeito do NXT e permite ajustes de comunicação. 18Monday, April 7, 14
  • 26. “NXT Window”: Janela “pop-up” mostra informações à respeito do NXT e permite ajustes de comunicação. 18Monday, April 7, 14
  • 27. “Help & Navigation”: permite obter ajuda e navegar pelo programa. 19Monday, April 7, 14
  • 28. Blocos M ove Record/PlaySound D isplay W ait(for..)Loop Sw itch (If..) 20Monday, April 7, 14
  • 29. Blocos M otor Sound D isplay Send M essageC olorLam p 21Monday, April 7, 14
  • 30. Blocos Touch SensorSound Sensor LightSensorU ltrasonic Sensor N X T Buttons Rotation Sensor Tim er Receive M essage C olorSensor 22Monday, April 7, 14
  • 31. Blocos W ait(for...)Loop Sw itch (If..) Stop 23Monday, April 7, 14
  • 32. Blocos Logic M ath C om pare Range (faixa)Random (aleatório) Variable (variáveis) C onstant(constantes) 24Monday, April 7, 14
  • 33. Blocos N um bertoText(display/m essages) Text KeepAlive C alibrate Variable (variáveis) C onstant(constantes) FileAccess 25Monday, April 7, 14
  • 34. Criando um novo programa: File >> New 26Monday, April 7, 14
  • 35. Criando um novo programa: File >> New 26Monday, April 7, 14
  • 36. CRIANDO UM PROGRAMA 1. Digitar na caixa de texto o nome do programa e cliclar no botão “Go”; 2. Arrastar blocos para a área de trabalho e ajustar blocos no Painel de Configuração. 3. Quando estiver pronto: 1. Ligar NXT; 2. Plugar cabo USB no NXT; 3. Plugar cabo USB no PC - Talvez apareça janela “Found New Hardware” (esperar para Windows terminar de instalar o driver). 27Monday, April 7, 14
  • 37. 4.Transferindo o programa para o NXT >> Download: 28Monday, April 7, 14
  • 38. Common Blocks: Move: 1) Estas letras no topo do bloco mostram que portas no NXT serão controladas. 2) Este ícone mostra em que direção o robô irá. 3) Este ícone mostra o nível de potência (PWM). 4) Mostra como foi ajustada a Propriedade “Duration”: se para ilimitada (unlimited), graus (degrees), rotations (rotações) ou segundos (seconds). Um ícone com imagem “-” significa a Propriedade de “Direction” foi ajustada para “stop”. 7) “Feedback boxes”: Conta quantos degraus ou rotações completas o motor realizou. O botão de Reset pode ser pressionado para zerar valores - útil para fazer o robô andar certa distância pré-especificada! 29Monday, April 7, 14
  • 39. Common Blocks: Move: 1) Estas letras no topo do bloco mostram que portas no NXT serão controladas. 2) Este ícone mostra em que direção o robô irá. 3) Este ícone mostra o nível de potência (PWM). 4) Mostra como foi ajustada a Propriedade “Duration”: se para ilimitada (unlimited), graus (degrees), rotations (rotações) ou segundos (seconds). Um ícone com imagem “-” significa a Propriedade de “Direction” foi ajustada para “stop”. 7) “Feedback boxes”: Conta quantos degraus ou rotações completas o motor realizou. O botão de Reset pode ser pressionado para zerar valores - útil para fazer o robô andar certa distância pré-especificada! Obs: Brake x Coast Coast: para o motor gradualmente aproveitando-se da perda do momento. Quando setado desta forma, o motor requer maiores torques (e tempo) para começar a andar de novo. Brake: para o motor imediatamente! Resulta em maior precisão. Usa freio eletromagnético (bobinas do motor em curto) - gastando mais bateria. 29Monday, April 7, 14
  • 40. Common Blocks: Move: 1) Estas letras no topo do bloco mostram que portas no NXT serão controladas. 2) Este ícone mostra em que direção o robô irá. 3) Este ícone mostra o nível de potência (PWM). 4) Mostra como foi ajustada a Propriedade “Duration”: se para ilimitada (unlimited), graus (degrees), rotations (rotações) ou segundos (seconds). Um ícone com imagem “-” significa a Propriedade de “Direction” foi ajustada para “stop”. 7) “Feedback boxes”: Conta quantos degraus ou rotações completas o motor realizou. O botão de Reset pode ser pressionado para zerar valores - útil para fazer o robô andar certa distância pré-especificada! 30Monday, April 7, 14
  • 41. Common Blocks: Move: 1) Estas letras no topo do bloco mostram que portas no NXT serão controladas. 2) Este ícone mostra em que direção o robô irá. 3) Este ícone mostra o nível de potência (PWM). 4) Mostra como foi ajustada a Propriedade “Duration”: se para ilimitada (unlimited), graus (degrees), rotations (rotações) ou segundos (seconds). Um ícone com imagem “-” significa a Propriedade de “Direction” foi ajustada para “stop”. 7) “Feedback boxes”: Conta quantos degraus ou rotações completas o motor realizou. O botão de Reset pode ser pressionado para zerar valores - útil para fazer o robô andar certa distância pré-especificada! Obs: Duration Pode eliminar a necessidade de monitorar o número de graus (feedback boxes) que o motor realizou. Isto significa que ajustar esta caixa para qualquer coisa diferente de “Unlimited” fará o programa esperar até que o motor complete a duração especificada; somente então o programa continuará! 30Monday, April 7, 14
  • 42. MOVE BLOCK: 31Monday, April 7, 14
  • 43. Tipos de Conexões de Dados... • “Data Hubs” • “Data wires types” 32Monday, April 7, 14
  • 44. Tipos de Conexões de Dados... • “Data Hubs” • “Data wires types” 32Monday, April 7, 14
  • 45. Keep Alive Block This block will keep the NXT from entering sleep mode.Add this block if your program needs to wait for longer than the NXT’s set “sleep time” (that is configured using your NXT’s menus). Calibration Block Use this block to calibrate the minimum (0%) and maximum (100%) values detected by a sound or light sensor. Advanced Blocks: Referências Bibliográficas: 1. Kelly, James Floyd. Lego Mindstorms NXT-G Programming Guide, 2nd ed.,Apress/Springer Science +Business Media, p. 337, ISBN-13 (pbk): 978-1-4302-2976-6, 2010, URL: http://www.kirp.chtf.stuba.sk/ moodle/pluginfile.php/46109/mod_resource/content/1/Lego%20Mindstorms%20NXT-G %20programming%20guide.pdf (Março/2014). 2. Griffin,Terry. The Art of Lego Mindstorms NXT-G Programming, No Starch Press, p. 288, ISBN-13: 978-1-59327-218-0,August 26, 2010. URL: http://my.safaribooksonline.com/book/hobbies/ 9781593272180/4dot-motion/brake_comma_coast_comma_and_the_reset_mo (Março/2014). 3. Rosenberg, Neil. Workshop - NXT Programming For Beginners,Version 1.1, p. 102, Summer 2012, URL: Ref.: http://www.rocwnc.org/Beginning_NXT_Programming_Workshop.pdf (Março/2014). 33Monday, April 7, 14
  • 46. Problemas 1. Criar programa que simplesmente aciona os 2 motores com a mesma potência (75%) durante 10 segundos; 2. Idem, mas agora os motores devem percorrer 1 metro de distância. 3. Mover os motores até que um botão de toque seja acionado (uso de “bumper”). 34Monday, April 7, 14
  • 47. Usando sensores para... Descobrir distância percorrida; Ângulo de giro da roda; Velocidade do motor; etc... URL: HTTP://WWW.NXTPROGRAMS.COM/VOLUME_CALC/INDEX.HTML 35Monday, April 7, 14
  • 48. Medir distância percorrida 36Monday, April 7, 14
  • 49. Medir distância percorrida 36Monday, April 7, 14
  • 50. Medir distância percorrida 36Monday, April 7, 14
  • 51. Medir distância percorrida 37Monday, April 7, 14
  • 52. Medir distância percorrida 37Monday, April 7, 14
  • 53. Medir distância percorrida 37Monday, April 7, 14
  • 54. BUMPER CAR 38Monday, April 7, 14
  • 55. “BUMPER CAR” 39Monday, April 7, 14
  • 56. “BUMPER CAR” 39Monday, April 7, 14
  • 57. “BUMPER CAR” 39Monday, April 7, 14
  • 58. “BUMPER CAR” 40Monday, April 7, 14
  • 59. “BUMPER CAR” 40Monday, April 7, 14
  • 60. “BUMPER CAR” 40Monday, April 7, 14
  • 61. “BUMPER CAR” 40Monday, April 7, 14
  • 62. Distância percorrida por roda... • Percorrendo uma distância exata (independente da velocidade): R P P = 2 ⇥ ⇡ ⇥ R d = n ⇥ 2 ⇥ ⇡ ⇥ R onde: R = raio da roda; P = perímetro da roda; n = número de voltas; ⇡ = 3.141592653589793 Roda do Lego NXT: “@ LEGO Group 56x26” onde 56 = 56mm de diâmetro. 41Monday, April 7, 14
  • 63. SUGESTÃO DE MONTAGEM Frente Roda “livre” 42Monday, April 7, 14
  • 64. + Sensores Usando sensor de cor como sensor de luz... Lendo informações de cor e intensidade luminosa.. 43Monday, April 7, 14
  • 65. Como fechar uma malha? Algoritmos de controle: Idéias? 44Monday, April 7, 14
  • 66. Seguidor de Linha: Idéias 1. Siga em frete infinitamente com potência a 50%; 2. Até que o sensor de luz leia valor > 50%; 3. Então pare a roda esquerda; 4. E mova a roda direita, 10o para frente; 5. Repita. Este programa faz o robô andar para frente até que ele saia par fora da linha preta. Em seguida, ele move para a esquerda 10o. Ele assume que a linha é um círculo e que o robô está posicionado dentro do círculo, por isto irá percorrer o cículo em sentido anti-horário. Ver: https://www.youtube.com/watch?v=5-1N9x7obTM 45Monday, April 7, 14
  • 67. ROBÔ SEGUIDOR DE LINHA 46Monday, April 7, 14
  • 68. Seguidor de Linha #1 47Monday, April 7, 14
  • 69. Seguidor de Linha #1 47Monday, April 7, 14
  • 70. Seguidor de Linha #1 1. Siga em frete infinitamente com potência a 50%; 2. Até que o sensor de luz leia valor > 50%; 3. Então pare a roda esquerda; 4. E mova a roda direita, 10o para frente; 5. Repita. 48Monday, April 7, 14
  • 71. Seguidor de Linha #1 1. Siga em frete infinitamente com potência a 50%; 2. Até que o sensor de luz leia valor > 50%; 3. Então pare a roda esquerda; 4. E mova a roda direita, 10o para frente; 5. Repita. 49Monday, April 7, 14
  • 72. Seguidor de Linha #1 1. Siga em frete infinitamente com potência a 50%; 2. Até que o sensor de luz leia valor > 50%; 3. Então pare a roda esquerda; 4. E mova a roda direita, 10o para frente; 5. Repita. 50Monday, April 7, 14
  • 73. Seguidor de Linha #1 1. Siga em frete infinitamente com potência a 50%; 2. Até que o sensor de luz leia valor > 50%; 3. Então pare a roda esquerda; 4. E mova a roda direita, 10o para frente; 5. Repita. 51Monday, April 7, 14
  • 74. Seguidor de Linha #1 1. Siga em frete infinitamente com potência a 50%; 2. Até que o sensor de luz leia valor > 50%; 3. Então pare a roda esquerda; 4. E mova a roda direita, 10o para frente; 5. Repita. 52Monday, April 7, 14
  • 75. Seguidor de Linha #1 1. Siga em frete infinitamente com potência a 50%; 2. Até que o sensor de luz leia valor > 50%; 3. Então pare a roda esquerda; 4. E mova a roda direita, 10o para frente; 5. Repita. Loop (Laço): Usa-se para repetir sequencias de código. Uma condição de parada deve ser ajustada: período de tempo transcorrido (elapsed time), número de repetições, sinal lógico ou de sensor. Ou o laço pode ser ajustado para ser perpétuo (forever). 53Monday, April 7, 14
  • 76. Seguidor de Linha #2 54Monday, April 7, 14
  • 77. Seguidor de Linha #2 55Monday, April 7, 14
  • 78. Seguidor de Linha #2 Dentro de um laço perpétuo, repetidamente se chaveia o Sensor de Cor como Sensor de Luz, testando se o mesmo percebe um brilho maior que um certo limiar. O valor do limiar deve ser apropriadamente ajustado para ser o valor médio entre o mínimo valor que se espera ler no centro da linha e o máximo esperado no caso da leitura no chão usando as luzes coloridas. Se sugere o uso de um programa tipo “Medidor de Luz” (LightMeter) para descobrir estes valores. Usando o valor médio, o robô vai andar pelo lado direito da linha procurando manter uma leitura que fique entre o valor para metade da linha e metade para o chão. Se o valor lido é maior que o limiar então o robô está fora do lado direito da linha e assim gira para a esquerda para corrigir a rota (o motor C fica mais rápido que o B). Se o valor lido é menor que o limiar então o robô está mais próximo do centro da linha (e não próximo do lado direito da linha) e assim gira para a direita (motor B fica mais rápido que o B). 56Monday, April 7, 14
  • 79. Seguidor de Linha #2 IDÉIA: Dentro de um laço perpétuo, repetidamente se chaveia o Sensor de Cor como Sensor de Luz, testando se o mesmo percebe um brilho maior que um certo limiar. O valor do limiar deve ser apropriadamente ajustado para ser o valor médio entre o mínimo valor que se espera ler no centro da linha e o máximo esperado no caso da leitura no chão usando as luzes coloridas. Se sugere o uso de um programa tipo “Medidor de Luz” (LightMeter) para descobrir estes valores. Usando o valor médio, o robô vai andar pelo lado direito da linha procurando manter uma leitura que fique entre o valor para metade da linha e metade para o chão. Se o valor lido é maior que o limiar então o robô está fora do lado direito da linha e assim gira para a esquerda para corrigir a rota (o motor C fica mais rápido que o B). Se o valor lido é menor que o limiar então o robô está mais próximo do centro da linha (e não próximo do lado direito da linha) e assim gira para a direita (motor B fica mais rápido que o B). O teste do sensor e correções da direção do robô são rapidamente repetidas pelo laço (várias vezes por segundo). Note que a propriedade “Unlimited” é usada para definir Duration para todos os blocos Motor. Isto faz com que o bloco Motor simplesmente ajuste seu nível de potência e o programa segue adiante sem esperar por nada. Isto permite ao Color Sensor testar repetidamente tão rápido quanto possível e assim o robô reaja tão rápido quanto possível frente a mudanças na leitura da linha. 57Monday, April 7, 14
  • 80. Seguidor de Linha #2 OBSERVAÇÕES: Dentro de um laço perpétuo, repetidamente se chaveia o Sensor de Cor como Sensor de Luz, testando se o mesmo percebe um brilho maior que um certo limiar. O valor do limiar deve ser apropriadamente ajustado para ser o valor médio entre o mínimo valor que se espera ler no centro da linha e o máximo esperado no caso da leitura no chão usando as luzes coloridas. Se sugere o uso de um programa tipo “Medidor de Luz” (LightMeter) para descobrir estes valores. Usando o valor médio, o robô vai andar pelo lado direito da linha procurando manter uma leitura que fique entre o valor para metade da linha e metade para o chão. 1.O valor do limiar (threshold): Ajustar o bloco do Color Sensor para “Compare” o número lido com a média entre os valores máximos e mínimos esperados para as leituras de intensidade da luz faz também que o programa se ajuste as condições de iluminação atuais e superfície (solo) do ambiente sendo usado para testá-lo. 2.Velocidade máxima: nos 2 blocos Motor “rápidos”, o nível de potência especificado determina a máxima velocidade do motor. Se a velocidade máxima for muito alta, o robô vai acabar se perdendo em curvas mais fechadas. 3.Curvas fechadas: nos 2 blocos Motor “lentos”, o nível de potência especificado vai determinar que tão fechada uma curva o robô vai ser capaz de seguir. Baixos níveis de potência vão permitir que o robô realize curvas fechadas, entretanto valores maiores o deixariam mais rápido e com condução mais suave sobre as partes retas da linha (caminho à seguir). Até aqui 31 Mar 2014 Grupo 2 58Monday, April 7, 14
  • 81. Seguidor de Linha #2 DETALHES: 59Monday, April 7, 14
  • 82. Seguidor de Linha #2 DETALHES: 59Monday, April 7, 14
  • 83. Seguidor de Linha #2 DETALHES: 59Monday, April 7, 14
  • 84. Seguidor de Linha #2 DETALHES: 59Monday, April 7, 14
  • 85. Seguidor de Linha #2 DETALHES: 59Monday, April 7, 14
  • 86. Seguidor de Linha #2 DETALHES: 60Monday, April 7, 14
  • 87. Seguidor de Linha #2 DETALHES: 60Monday, April 7, 14
  • 88. Seguidor de Linha #2 DETALHES: 60Monday, April 7, 14
  • 89. “LIGHTMETER” 61Monday, April 7, 14
  • 90. “LightMeter” (1/4) 62Monday, April 7, 14
  • 91. “LightMeter” (2/4) 63Monday, April 7, 14
  • 92. “LightMeter” (3/4) 64Monday, April 7, 14
  • 93. “LightMeter” (4/4) 65Monday, April 7, 14
  • 94. Seguir de Linha: Idéias 2: Controlador P Idéia do Controlador Proporcional: Estabelecer um laço de realimentação fechado, calculando o erro e proporcional ao erro definir uma ação de controle: Valor Médio (Ref.) ∑ Erro K Sinal de Controle Atuação (Pot. Motor) Motores Lego Sensor Cor Trajetória Intensidade Luminosa (Leitura atual) + - 66Monday, April 7, 14
  • 95. Seguir de Linha: Idéias 2: Controlador P Idéia do Controlador Proporcional: Estabelecer um laço de realimentação fechado, calculando o erro e proporcional ao erro definir uma ação de controle: Valor Médio (Ref.) ∑ Erro K Sinal de Controle Atuação (Pot. Motor) Motores Lego Sensor Cor Trajetória Intensidade Luminosa (Leitura atual) + - 50 66Monday, April 7, 14
  • 96. Seguir de Linha: Idéias 2: Controlador P Idéia do Controlador Proporcional: Estabelecer um laço de realimentação fechado, calculando o erro e proporcional ao erro definir uma ação de controle: Valor Médio (Ref.) ∑ Erro K Sinal de Controle Atuação (Pot. Motor) Motores Lego Sensor Cor Trajetória Intensidade Luminosa (Leitura atual) + - 50 60 66Monday, April 7, 14
  • 97. Seguir de Linha: Idéias 2: Controlador P Idéia do Controlador Proporcional: Estabelecer um laço de realimentação fechado, calculando o erro e proporcional ao erro definir uma ação de controle: Valor Médio (Ref.) ∑ Erro K Sinal de Controle Atuação (Pot. Motor) Motores Lego Sensor Cor Trajetória Intensidade Luminosa (Leitura atual) + - 50 60 -10 66Monday, April 7, 14
  • 98. Seguidor de Linha: Controlador Proporcional Ajusta as variáveis Power e Gain (podem ser alterados) 90 100 67Monday, April 7, 14
  • 99. Seguidor de Linha: Controlador Proporcional Ajusta as variáveis Power e Gain (podem ser alterados) 90 100 A lâmpada parece acender depois de um pequeno atraso no modo “Light Sensor”, o que pode afetar a auto-calibração. Melhor acender e esperar um pouco 68Monday, April 7, 14
  • 100. Seguidor de Linha: Controlador Proporcional Ajusta as variáveis Power e Gain (podem ser alterados). 90 100 A lâmpada parece acender depois de um pequeno atraso no modo “Light Sensor”, o que pode afetar a auto-calibração. Melhor acender e esperar um pouco. 50 0.2 9999 0 Iniciando as variáveis Min para um valor grande e Max para zero para garantir que a lógica de calibração irá alterá-los. Continua→ 69Monday, April 7, 14
  • 101. Seguidor de Linha: Controlador Proporcional Ajusta as variáveis Power e Gain (podem ser alterados). 90 100 A lâmpada parece acender depois de um pequeno atraso no modo “Light Sensor”, o que pode afetar a auto-calibração. Melhor acender e esperar um pouco. 50 0.2 9999 0 Iniciando as variáveis Min para um valor grande e Max para zero para garantir que a lógica de calibração irá alterá-los. Inicie um pequeno arco para a direita assim o sensor acabará lendo a linha e a área à direita da linha (incluindo o solo). B C CB 70Monday, April 7, 14
  • 102. Seguidor de Linha: Controlador Proporcional B C CB LAÇO DE CALIBRAÇÃO - IDÉIA: 1. Criar um laço de repetição que só para quando o motor B girar 120o. 2. Dentro do laço se lê os valores do sensor de cor enquanto o robô está girando para a direita para descobrir os valores de Min e Max. 3. Ler informação do Sensor de Cor no modo Light Sensor (saída numérica na porta “Detected Color”) e guarde este valor na variável Light. 4. Se o valor Light é menor que o valor Min, então atualize Min <-- Light. 5. Se o valor Light é maior que o valor Max, então atualize Max <-- Light. 71Monday, April 7, 14
  • 103. Seguidor de Linha: Controlador Proporcional B C CB Leia sensor de Cor no modo “Light Sensor” (valor de 0 ~ 100 na porta “Detected Color”) e guarde em “Light” Se o valor Light for menor que Min, então: Min ← Light. Continua→ Detected Color Value 72Monday, April 7, 14
  • 104. Seguidor de Linha: Controlador Proporcional B C CB Leia sensor de Cor no modo “Light Sensor” (valor de 0 ~ 100 na porta “Detected Color”) e guarde em “Light” Se o valor Light for menor que Min, então: Min ← Light. Continua→ Result Value 73Monday, April 7, 14
  • 105. Seguidor de Linha: Controlador Proporcional B C CB Se o valor Light for maior que Max, então: Max ← Light. Continua→ 74Monday, April 7, 14
  • 106. Seguidor de Linha: Controlador Proporcional B C CB Se o valor Light for maior que Max, então: Max ← Light. Continua→ 75Monday, April 7, 14
  • 107. Seguidor de Linha: Controlador Proporcional B C CB Continua→ Depois da Calibração →Calcular faixa (Range) e valor médio (Mid): Agora que sabe os valores máximos e mínimos esperados para a linha e o solo, calculamos a faixa de valores: Range = Max - Min. Calculamos agora o valor médio entre Min e Max e guardamos este valor na variável Mid: Mid = (Max + Min) / 2. O robô vai esperar encontrar o valor médio à direita da borda da linha - valor que procurará manter. 76Monday, April 7, 14
  • 108. Seguidor de Linha: Controlador Proporcional B C CB Continua→ Depois da Calibração →Reposicionando o Robô no lado direito da linha: Uma vez que a auto-calibração moveu o robô para a direita, devemos movê-lo de volta para a esquerda antes de começar a seguir a linha. O robô gira à esquerda até que encontra um valor imediatamente mais escuro que Mid (o médio), o que deveria posicionar o robô no lado direito da linha que corresponde a maneira como pretende seguir a linha. Quando o sensor encontra o ponto desejado para começar a seguir a linha, soa um beep para indicar que a auto-calibração foi completada. 77Monday, April 7, 14
  • 109. Seguidor de Linha: Controlador Proporcional B C CB Continua→ Depois da Calibração →Reposicionando o Robô no lado direito da linha: Uma vez que a auto-calibração moveu o robô para a direita, devemos movê-lo de volta para a esquerda antes de começar a seguir a linha. O robô gira à esquerda até que encontra um valor imediatamente mais escuro que Mid (o médio), o que deveria posicionar o robô no lado direito da linha que corresponde a maneira como pretende seguir a linha. Quando o sensor encontra o ponto desejado para começar a seguir a linha, soa um beep para indicar que a auto-calibração foi completada. Trigger Point 78Monday, April 7, 14
  • 110. Seguidor de Linha: Controlador Proporcional B C CB Continua→ Depois da Calibração →Reposicionando o Robô no lado direito da linha: Uma vez que a auto-calibração moveu o robô para a direita, devemos movê-lo de volta para a esquerda antes de começar a seguir a linha. O robô gira à esquerda até que encontra um valor imediatamente mais escuro que Mid (o médio), o que deveria posicionar o robô no lado direito da linha que corresponde a maneira como pretende seguir a linha. Quando o sensor encontra o ponto desejado para começar a seguir a linha, soa um beep para indicar que a auto-calibração foi completada. Trigger Point 79Monday, April 7, 14
  • 111. Seguidor de Linha: Controlador Proporcional B C CB Continua→ Seguindo Linha → Laço de Controle Proporcional - Parte 1/2 Obtenha uma leitura do Sensor de Cor no modo “Light Sensor” e subtraia este valor do valor médio (Mid) ➠ calculando o erro. Se este erro é positivo então robô está mais para a esquerda “vendo” a parte mais escura (central) da pista. Se o erro é negativo, então o robô está muito à direita com o sensor “vendo” mais o solo. A magnitude do erro corresponde à quão longe o robô está da sua “meta” (valor médio). Detected Color Multiplique o valor do erro pelo valor Gain para enfatizar a resposta ao erro de acordo com a magnitude de Gain. Então divida o resultado pelo valor Range (faixa) para normalizar o erro em relação à faixa total esperada. Guarde este valor na variável Correction. 80Monday, April 7, 14
  • 112. B CB Continua→ Seguindo Linha → Laço de Controle Proporcional - Parte 1/2 Obtenha uma leitura do Sensor de Cor no modo “Light Sensor” e subtraia este valor do valor médio (Mid) ➠ calculando o erro. Se este erro é positivo então robô está mais para a esquerda “vendo” a parte mais escura (central) da pista. Se o erro é negativo, então o robô está muito à direita com o sensor “vendo” mais o solo. A magnitude do erro corresponde à quão longe o robô está da sua “meta” (valor médio). Detected Color Multiplique o valor do erro pelo valor Gain para enfatizar a resposta ao erro de acordo com a magnitude de Gain. Então divida o resultado pelo valor Range (faixa) para normalizar o erro em relação à faixa total esperada. Guarde este valor na variável Correction. Valor Médio (Ref.) ∑ Erro K Sinal de Controle Atuação (Pot. Motor) Motores Lego Sensor Cor Trajetória Intensidade Luminosa (Leitura atual) + - 81Monday, April 7, 14
  • 113. Seguidor de Linha: Controlador Proporcional B C CB Fim. Seguindo Linha → Laço de Controle Proporcional - Parte 2/2 Use o valor de Correction para aplicar uma ação de controle (steering) sobre os motores. Partindo do valor base Power definido na inicialização use (Power + Correction) para o motor B e (Power − Correction) para o motor C. Isto fará com que o robô se posicione da direção correta para continuar seguindo a linha pelo seu lado direito. Note que a correção é proporcional ao tamanho do desvio. Se for grande, um giro mais forte será produzido, senão uma leve correção na sua orientação é realizada. Isto permite um deslocamento mais rápido e suave. Laço perpétuo (Forever) Power + Correction Power − Correction Power Power B C 82Monday, April 7, 14
  • 114. Outros controladores + sofisticados... Controle PI --> exige noção de integral; Controle PD --> exige noção de derivada; Controle PID: adotado em 90% da indústria. Mais “trabalho”: sintonia (ajuste) do mesmo... --> Controle Automático 83Monday, April 7, 14
  • 115. PID 84Monday, April 7, 14
  • 116. PID 85Monday, April 7, 14
  • 117. Error PID 86Monday, April 7, 14
  • 118. PID Analógico: 87Monday, April 7, 14
  • 119. PID Digital: ControlTask+ y=lectura_sensor();+ e=r5y;+ //+Ley+de+control+ p0=Kp*(1+Kd/Ts);+ p1=Kp*(1+2*Kd/Ts5Ki*Ts);+ p2=(Kp*Kd)/Ts;+ u=ua1+p0*e+p1*ea1+p2*ea2;+ //+Salida+para+sistema+ Robot.motor1=u;+ //+Actualizando+variables+próximo+ciclo+ ua2=ua1;+ ua1=u;+ ea2=ea1;+ ea1=e;+ ya2=ya1;+ ya1=y;+ //+return+ !+samplingTimeControl+[ms]+ ( ) ( )! " # −+−−% & ' ++−−+−= ]2[]1[2][][]1[][]1[][ kekeke T T ke T T kekeKkuku s d i s c 88Monday, April 7, 14
  • 120. RTOS  for  Lego  NXT: NxtOSEK   nxtOSEK  [  h6p://lejos-­‐osek.sourceforge.net/  ] 2007-­‐2008  Takashi  Chikamasa nxtOSEK/JSP ANSI  C/C++  with  OSEK/μITRON  RTOS  for  LEGO®  MINDSTORMS®  NXT nxtOSEK  is  an  open  source  firmware  for  LEGO  MINDSTORMS  NXT.  nxtOSEK  consists  of  device   driver  of  leJOS  NXJ  C/Assembly  source  code,  TOPPERS  OSEK  Real-­‐Time  Opera[ng  System   source  code  that  includes  ARM7  (ATMEL  AT91SAM7S256)  specific  por[ng  part,  and  glue   code  to  make  them  work  together.  nxtOSEK  can  provide:  ANSI  C/C++  programming   environment  by  using  GCC  tool  chain  C  API  for  NXT  Sensors,  Motor,  and  other  devices  C++   API  for  NXT... nxtOSEK  applica[on  videos: [h6p://lejos-­‐osek.sourceforge.net/videos.htm    ]: NXT  SCARA  [h6p://lejos-­‐osek.sourceforge.net/videos.htm#NXT_SCARA  ] Real-Time Operation System 89Monday, April 7, 14
  • 121. RTOS  for  Lego  NXT: NxtOSEK   nxtOSEK  [  h6p://lejos-­‐osek.sourceforge.net/  ] 2007-­‐2008  Takashi  Chikamasa nxtOSEK/JSP ANSI  C/C++  with  OSEK/μITRON  RTOS  for  LEGO®  MINDSTORMS®  NXT nxtOSEK  is  an  open  source  firmware  for  LEGO  MINDSTORMS  NXT.  nxtOSEK  consists  of  device   driver  of  leJOS  NXJ  C/Assembly  source  code,  TOPPERS  OSEK  Real-­‐Time  Opera[ng  System   source  code  that  includes  ARM7  (ATMEL  AT91SAM7S256)  specific  por[ng  part,  and  glue   code  to  make  them  work  together.  nxtOSEK  can  provide:  ANSI  C/C++  programming   environment  by  using  GCC  tool  chain  C  API  for  NXT  Sensors,  Motor,  and  other  devices  C++   API  for  NXT... nxtOSEK  applica[on  videos: [h6p://lejos-­‐osek.sourceforge.net/videos.htm    ]: NXT  SCARA  [h6p://lejos-­‐osek.sourceforge.net/videos.htm#NXT_SCARA  ] Real-Time Operation System 89Monday, April 7, 14
  • 122. OUTRAS IDÉIAS DE ESTRUTURAS... 90Monday, April 7, 14
  • 123. OUTRAS IDÉIAS DE ESTRUTURAS... 91Monday, April 7, 14
  • 124. OUTRAS IDÉIAS DE ESTRUTURAS... 92Monday, April 7, 14
  • 125. OUTRAS IDÉIAS DE ESTRUTURAS... 93Monday, April 7, 14
  • 126. 94Monday, April 7, 14
  • 127. 95Monday, April 7, 14

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