Lego Mindstorms Ev3 Project - Ondrej Slovak

Zadanie

V tomto projekte si vytvoríme robota zo stavebnice Lego Mindstorms Ev3, ktorý bude ovládaný pomocou klávesnice PC, bude sa vyhýbať prekážkam a zároveň nebude vychádzať z vyznačeného priestoru.

Príprava

Budeme používať softvér pre Lego Mindstorms Ev3 od open-source projektu leJOS. Na jeho používanie budeme potrebovať nakonfigurovanú micro-SD kartu a vývojové prostredie, ktoré si môžeme nastaviť pomocou nasledujúcich odkazov.

- https://sourceforge.net/p/lejos/wiki/Windows%20Installation/

- https://sourceforge.net/p/lejos/wiki/Installing%20the%20Eclipse%20plugin/

Nakonfigurovanú SD kartu vložíme do SD portu Ev3 kocky a spustíme. Softvér od leJOS-u sa automaticky nahrá z karty a bude sa používať ako náhrada za oficiálny softvér, pokiaľ budeme mať vloženú kartu.

Ďalej budeme potrebovať nadviazané spojenie pomocou Bluetooth. Toto spojenie sa dá jednoducho nadviazať z PC pomocou Bleutooth zariadenia. V Bluetooth Devices si vieme nájsť Ev3 a nadviazať s ním spojenie.

Program

Program bude pozostávať z dvoch základných častí, časť, ktorá bude bežať na robotovi a časť, ktorá bude bežať na PC.

Popíšme si najskôr časť, ktorá bude na robotovi.

Program na robotovi sa skladá z viacerých častí. V prvom rade musíme zabezpečiť komunikáciu medzi robotom a PC. Keďže už máme nadviazané spojenie pomocou Bluetooth stačí nám na robotovi vytvoriť server, ktorý bude počúvať na požiadavky od používateľa, v našom prípade PC. Túto komunikáciu sme umiestnili do samostatného threadu aby robot stále počúval na požiadavky z PC.


 ...	
 serv = new ServerSocket(1111);
 Socket s = serv.accept(); // Wait for Laptop to connect
 DataInputStream in = new DataInputStream(s.getInputStream());
 ...


 

 ...
 String read = in.readUTF();
 switch (read) 
 ...

Na meranie vzdialenosti od prekážok budeme používať ultrazvukový senzor, ktorý bude neustále vracať hodnoty.


 ...	
 EV3UltrasonicSensor us = new EV3UltrasonicSensor(SensorPort.S4);
 ...

 ...
 us.enable();
 SampleProvider sampleProvider = us.getDistanceMode();
 while (true) {
   float[] sample = new float[sampleProvider.sampleSize()];
   sampleProvider.fetchSample(sample, 0);
   distance = sample[0];
 } 
 ...

Priestor, v ktorom sa bude robot môcť pohybovať bude označený čiernou páskou. Na zabezpečenie, aby robot nevyšiel z tohto priestoru budeme používať farebný senzor. Na spresnenie údajov z farebného senzora používame triedu na korekciu chyby. Pre presnejšie pracovanie tejto triedy sa vyžaduje kalibrácia, ktorá pozostáva z priloženia čierneho a bieleho objektu.


 ...	
 EV3ColorSensor colorSensor = new EV3ColorSensor(SensorPort.S3);
 ...

 ...
 SampleProvider redMode = colorSensor.getRedMode();
 SampleProvider reflectedLight = new autoAdjustFilter(redMode);
 int sampleSize = reflectedLight.sampleSize();
 float[] sample = new float[sampleSize];
 while (true) {
   reflectedLight.fetchSample(sample, 0);
   value = sample[0];
 } 
 ...

Na kontrolu robota budeme používať tri správania. Základné správanie sa pohybuje podľa prijatých údajov od používateľa z PC.


 ...	
 _suppressed = false;
 while (!_suppressed) {
   switch (BumperCarWithHandling.direction) {
     case "prava":
       BumperCarWithHandling.rightMotor.stop();
       BumperCarWithHandling.leftMotor.forward();
       break;
     case "lava":
       BumperCarWithHandling.rightMotor.forward();
       BumperCarWithHandling.leftMotor.stop();
       break;
     case "hore":
       BumperCarWithHandling.rightMotor.forward();
       BumperCarWithHandling.leftMotor.forward();
       break;
     case "dole":
       BumperCarWithHandling.rightMotor.backward();
       BumperCarWithHandling.leftMotor.backward();
       break;
     case "s":
       BumperCarWithHandling.rightMotor.stop();
       BumperCarWithHandling.leftMotor.stop();
       break;
     default:
       break;
    }
   Thread.yield();
}
 ...

Druhé správanie sa aktivuje ak ultrazvukový senzor detekuje prekážku príliš blízko robota. Toto správanie cúvne a náhodne sa otočí doprava alebo doľava.


 ...	
 BumperCarWithHandling.leftMotor.rotate(-180, true);
 BumperCarWithHandling.rightMotor.rotate(-180, true);
 if ((System.currentTimeMillis() & 0x1) != 0) {
   BumperCarWithHandling.leftMotor.rotate(-180, true);
   BumperCarWithHandling.rightMotor.rotate(180);
 } else {
   BumperCarWithHandling.rightMotor.rotate(-180, true);
   BumperCarWithHandling.leftMotor.rotate(180);
 }
 ...

Posledné správanie sa aktivuje ak farebný senzor detekuje čiernu čiaru vymedzujúcu hranicu priestoru, v ktorom sa môže robot pohybovať. Ak narazí na hranicu tak sa vráti späť.


 ...	
 BumperCarWithHandling.leftMotor.rotate(-180, true);
 BumperCarWithHandling.rightMotor.rotate(-180, true);
 ...

Na ovládanie týchto troch správaní budeme používať triedu Arbitrator.


 ...	
 Behavior b1 = new DriveForwardWithHandling();
 Behavior b2 = new DetectWallWithHandling();
 Behavior b3 = new OffTheLineWithHandling();
 Behavior[] behaviorList = { b1, b2, b3 };
 Arbitrator arbitrator = new Arbitrator(behaviorList);
 ...

Každé správanie obsahuje metódu takeControl(), ktorá určuje kedy sa má dané správanie aktivovať. Naše základné správanie má v tejto metóde return true, pretože chceme aby sa vykonávalo vždy, keďsa nedeje žiadna zo špecifických udalostí (senzor detekuje prekážku alebo čiernu čiaru). Ostatné dve správania preberajú kontrolu v závislosti od nameraných údajov. Každé správanie takisto obsahuje aj metódu suppress(), ktorá sa zavolá ak nastane jedna zo špecifických udalostí a malo by sa ukončiť vykonávanie jedného správania a spustiť druhé. Táto metóda je použitá iba v základnom správaní, pretože iba tam by sa malo ukončiť správanie ak nastane iná udalosť. Správanie, ktoré detekuje prekážky a správanie, ktoré detekuje vychádzanie z vyznačeného priestoru nechceme prerušovať pokiaľ sa nevykoná akcia v tomto správaní. Na takéto ovládanie správaní používame triedu Arbitrator.

Druhá časť programu sa nachádza na PC.

V tejto časti sa pripájame na server, ktorý sme vytvorili na robotovi a zachytávame stisknuté klávesy.


 ...	
 Socket s = new Socket("10.0.1.1", 1111);
 out = new DataOutputStream(s.getOutputStream());
 ...

 ...
 public void keyPressed(KeyEvent arg0) {
   switch(arg0.getKeyCode())
 ...