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

Programação Lego NXTNXT-G 2.0 Introdução à Eng. ElétricaProf. Fernando Passold

1Monday, April 7, 14

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

Para documentar estrutura física realizadaLego Digital Designer: http://ldd.lego.com/en-us/

3Monday, April 7, 14

Começando a trabalhar1) Comandos em malha-aberta (sem realimentação, sem feedback)

4Monday, April 7, 14

NXT-GProgramaçãonativa

5Monday, April 7, 14

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.

ax

2 + bx+ c = 0

� = b2 � 4ac

x =�b±

p�

2a

6Monday, April 7, 14

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

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

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

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-G2 C# with Microsoft Robotics Developer Studio3 BricxCC, Next Byte Codes, Not eXactly C4 Robolab (RCX)5 RoboMind6 Enchanting7 ROBOTC (comercial)8 NXTGCC9 leJOS NXT (Java)10 nxtOSEK (tempo-real, Matlab)11 ICON12 MATLAB and Simulink13 Lua14 Ada15 URBI16 FLL NXT Navigation17 ruby-nxt18 Robotics.NXT19 LibNXT20 PyNXC21 NXT-Python22 LEGO Mindstorms EV3 Software23 Physical Etoys24 ?

9Monday, April 7, 14

NXT-GLinguagem “nativa” (de fábrica) do NXT.

Baseada no LabView;

“G” significa gráfica;

Ambiente de programação instalado em Windows ou Mac;

10Monday, April 7, 14

NXT-GLinguagem “nativa” (de fábrica) do NXT.

Baseada no LabView;

“G” significa gráfica;

Ambiente de programação instalado em Windows ou Mac;

10Monday, April 7, 14

NXT-GLinguagem “nativa” (de fábrica) do NXT.

Baseada no LabView;

“G” significa gráfica;

Ambiente de programação instalado em Windows ou Mac;

10Monday, April 7, 14

NXT-GLinguagem “nativa” (de fábrica) do NXT.

Baseada no LabView;

“G” significa gráfica;

Ambiente de programação instalado em Windows ou Mac;

10Monday, April 7, 14

NXT-GLinguagem “nativa” (de fábrica) do NXT.

Baseada no LabView;

“G” significa gráfica;

Ambiente de programação instalado em Windows ou Mac;

10Monday, April 7, 14

NXT-GLinguagem “nativa” (de fábrica) do NXT.

Baseada no LabView;

“G” significa gráfica;

Ambiente de programação instalado em Windows ou Mac;

10Monday, April 7, 14

NXT-GLinguagem “nativa” (de fábrica) do NXT.

Baseada no LabView;

“G” significa gráfica;

Ambiente de programação instalado em Windows ou Mac;

10Monday, April 7, 14

NXT-G: JANELA INICIAL

11Monday, April 7, 14

Área de Trabalho: Work Area

12Monday, April 7, 14

Paletas de Blocos de Programação

Paleta Comum:

contêm os blocos mais

usados.

13Monday, April 7, 14

Paleta Completa:

contêm vários blocos de

programação

Paletas de Blocos de Programação

14Monday, April 7, 14

Custom Palette:contêm vários blocos

extras baixados e ouotros feitos pelo

usuário

Paletas de Blocos de Programação

15Monday, April 7, 14

Painel de Configuração / Configuration Panel: onde se

ajustam os blocos de programação

16Monday, April 7, 14

“Controller”:permite transferir

programa para o NXT. Também permite modificar ajustes (setup) do NXT.

17Monday, April 7, 14

“NXT Window”:Janela “pop-up” mostra informações à respeito

do NXT e permite ajustes de comunicação.

18Monday, April 7, 14

“NXT Window”:Janela “pop-up” mostra informações à respeito

do NXT e permite ajustes de comunicação.

18Monday, April 7, 14

“Help & Navigation”:permite obter ajuda e

navegar pelo programa.

19Monday, April 7, 14

Blocos

Move

Record/PlaySound

Display

Wait (for..)

Loop

Switch (If..)

20Monday, April 7, 14

Blocos

Motor

Soun

d

Display

Send

Mes

sage

Color L

amp

21Monday, April 7, 14

Blocos

Touc

h Sen

sor

Soun

d Sen

sor

Light

Sens

or

Ultraso

nic Se

nsor

NXT But

tons

Rotati

on Se

nsor

Timer

Receiv

e Mes

sage

Color Sensor

22Monday, April 7, 14

Blocos

Wait

(for

...)

Loop Sw

itch (

If..)

Stop

23Monday, April 7, 14

Blocos

Logic

MathCom

pare

Range

(faix

a)

Rando

m (alea

tório

)

Varia

ble (v

ariáv

eis)

Consta

nt (c

onsta

ntes

)

24Monday, April 7, 14

Blocos

Numbe

r to T

ext (

displa

y/mes

sages

)

Text

Keep A

live

Calibr

ate

Varia

ble (v

ariáv

eis)

Consta

nt (c

onsta

ntes

)

File A

cces

s

25Monday, April 7, 14

Criando um novo programa: File >> New

26Monday, April 7, 14

Criando um novo programa: File >> New

26Monday, April 7, 14

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

4.Transferindo o programa para o NXT >> Download:

28Monday, April 7, 14

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

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 CoastCoast: 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

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

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: DurationPode 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

MOVE BLOCK:

31Monday, April 7, 14

Tipos de Conexões de Dados...

• “Data Hubs”

• “Data wires types”

32Monday, April 7, 14

Tipos de Conexões de Dados...

• “Data Hubs”

• “Data wires types”

32Monday, April 7, 14

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

Problemas1. 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

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

Medir distância percorrida

36Monday, April 7, 14

Medir distância percorrida

36Monday, April 7, 14

Medir distância percorrida

36Monday, April 7, 14

Medir distância percorrida

37Monday, April 7, 14

Medir distância percorrida

37Monday, April 7, 14

Medir distância percorrida

37Monday, April 7, 14

BUMPER CAR38Monday, April 7, 14

“BUMPER CAR”

39Monday, April 7, 14

“BUMPER CAR”

39Monday, April 7, 14

“BUMPER CAR”

39Monday, April 7, 14

“BUMPER CAR”

40Monday, April 7, 14

“BUMPER CAR”

40Monday, April 7, 14

“BUMPER CAR”

40Monday, April 7, 14

“BUMPER CAR”

40Monday, April 7, 14

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

SUGESTÃO DE MONTAGEM

Frente

Roda“livre”

42Monday, April 7, 14

+ Sensores

Usando sensor de cor como sensor de luz...

Lendo informações de cor e intensidade luminosa..

43Monday, April 7, 14

Como fechar uma malha?Algoritmos de controle:

Idéias?

44Monday, April 7, 14

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

ROBÔ SEGUIDOR DE LINHA46Monday, April 7, 14

Seguidor de Linha #1

47Monday, April 7, 14

Seguidor de Linha #1

47Monday, April 7, 14

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

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

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

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

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

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

Seguidor de Linha #2

54Monday, April 7, 14

Seguidor de Linha #2

55Monday, April 7, 14

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

Seguidor de Linha #2IDÉIA:

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

Seguidor de Linha #2OBSERVAÇÕES:

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 2014Grupo 2

58Monday, April 7, 14

Seguidor de Linha #2DETALHES:

59Monday, April 7, 14

Seguidor de Linha #2DETALHES:

59Monday, April 7, 14

Seguidor de Linha #2DETALHES:

59Monday, April 7, 14

Seguidor de Linha #2DETALHES:

59Monday, April 7, 14

Seguidor de Linha #2DETALHES:

59Monday, April 7, 14

Seguidor de Linha #2DETALHES:

60Monday, April 7, 14

Seguidor de Linha #2DETALHES:

60Monday, April 7, 14

Seguidor de Linha #2DETALHES:

60Monday, April 7, 14

“LIGHTMETER”61Monday, April 7, 14

“LightMeter” (1/4)

62Monday, April 7, 14

“LightMeter” (2/4)

63Monday, April 7, 14

“LightMeter” (3/4)

64Monday, April 7, 14

“LightMeter” (4/4)

65Monday, April 7, 14

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.) ∑

ErroK

Sinal de ControleAtuação

(Pot. Motor) MotoresLego

SensorCor

Trajetória

Intensidade Luminosa(Leitura atual)

+-

66Monday, April 7, 14

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.) ∑

ErroK

Sinal de ControleAtuação

(Pot. Motor) MotoresLego

SensorCor

Trajetória

Intensidade Luminosa(Leitura atual)

+-

50

66Monday, April 7, 14

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.) ∑

ErroK

Sinal de ControleAtuação

(Pot. Motor) MotoresLego

SensorCor

Trajetória

Intensidade Luminosa(Leitura atual)

+-

50

60

66Monday, April 7, 14

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.) ∑

ErroK

Sinal de ControleAtuação

(Pot. Motor) MotoresLego

SensorCor

Trajetória

Intensidade Luminosa(Leitura atual)

+-

50

60

-10

66Monday, April 7, 14

Seguidor de Linha:Controlador Proporcional

Ajusta as variáveisPower e Gain

(podem ser alterados)

90 100

67Monday, April 7, 14

Seguidor de Linha:Controlador Proporcional

Ajusta as variáveisPower 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

Seguidor de Linha:Controlador Proporcional

Ajusta as variáveisPower 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 0.29999

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

Seguidor de Linha:Controlador Proporcional

Ajusta as variáveisPower 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 0.29999

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

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

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

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

Seguidor de Linha:Controlador Proporcional

B

C

CB

Se o valor Light for maior que Max, então: Max ← Light.

Continua→

74Monday, April 7, 14

Seguidor de Linha:Controlador Proporcional

B

C

CB

Se o valor Light for maior que Max, então: Max ← Light.

Continua→

75Monday, April 7, 14

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

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

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

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

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

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 ControleAtuação

(Pot. Motor) MotoresLego

SensorCor

Trajetória

Intensidade Luminosa(Leitura atual)

+-

81Monday, April 7, 14

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

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

PID

84Monday, April 7, 14

PID

85Monday, April 7, 14

Error

PID

86Monday, April 7, 14

PID Analógico:

87Monday, April 7, 14

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[][ kekekeTTke

TTkekeKkuku

s

d

i

sc

88Monday, April 7, 14

RTOS  for  Lego  NXT:

NxtOSEK  nxtOSEK  [  h6p://lejos-­‐osek.sourceforge.net/  ]2007-­‐2008  Takashi  ChikamasanxtOSEK/JSPANSI  C/C++  with  OSEK/μITRON  RTOS  for  LEGO®  MINDSTORMS®  NXTnxtOSEK  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

RTOS  for  Lego  NXT:

NxtOSEK  nxtOSEK  [  h6p://lejos-­‐osek.sourceforge.net/  ]2007-­‐2008  Takashi  ChikamasanxtOSEK/JSPANSI  C/C++  with  OSEK/μITRON  RTOS  for  LEGO®  MINDSTORMS®  NXTnxtOSEK  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

OUTRAS IDÉIAS DE ESTRUTURAS...90Monday, April 7, 14

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94Monday, April 7, 14

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