GiggleBot Line Follower โดยใช้ Python: 5 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:05

คราวนี้ เรากำลังตั้งโปรแกรมใน MicroPython Dexter Industries GiggleBot เพื่อติดตามเส้นสีดำโดยใช้เซ็นเซอร์ติดตามบรรทัดในตัว

GiggleBot ต้องจับคู่กับ BBC micro:bit เพื่อให้ควบคุมได้อย่างเหมาะสม

หากบทช่วยสอนนี้สูงเกินไปสำหรับคุณและการเขียนโปรแกรม GiggleBot มากเกินไปสำหรับตอนนี้ คุณสามารถอ่านบทแนะนำสำหรับผู้เริ่มต้นซึ่งจะแสดงให้คุณเห็นว่าสามารถตั้งโปรแกรมหุ่นยนต์ใน MakeCode ได้อย่างไร ที่นี่ บทช่วยสอนที่เชื่อมโยงจะแนะนำคุณเกี่ยวกับพื้นฐานเบื้องต้น

ขั้นตอนที่ 1: ส่วนประกอบที่จำเป็น

ต้องใช้ส่วนประกอบฮาร์ดแวร์ต่อไปนี้:

1. แบตเตอรี่ AA x3 - ในกรณีของฉัน ฉันใช้แบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ซึ่งมีแรงดันไฟฟ้าโดยรวมต่ำกว่า
2. หุ่นยนต์ Dexter Industries GiggleBot สำหรับ micro:bit
3. BBC micro:bit.

แน่นอน คุณต้องใช้สายไมโคร USB เพื่อตั้งโปรแกรม BBC micro:bit - โดยทั่วไปแล้วสายนี้จะอยู่ในแพ็คเกจของ BBC micro:bit หรือคุณสามารถใช้สายชาร์จสำหรับสมาร์ทโฟน (Android) ได้ตลอดเวลา

รับ GiggleBot สำหรับ micro:bit ที่นี่

ขั้นตอนที่ 2: ตั้งค่า Tracks

คุณจะต้องพิมพ์ไทล์และออกแบบแทร็กของคุณเอง คุณสามารถใช้ไทล์ของเราเองได้ เพื่อให้คุณแน่ใจ 100% ว่าคุณกำลังจำลองเงื่อนไขของเรา หรือถ้าคุณรู้สึกอยากผจญภัย คุณสามารถใช้เทปสีดำแล้วทำขึ้นมาเองได้ นี่คือ PDF สำหรับไทล์ที่เราใช้

แทร็กด้านบนประกอบด้วยไทล์ต่างๆ ดังต่อไปนี้:

• 12 กระเบื้องประเภท #1
• 5 กระเบื้องประเภท #2
• 3 เทมเพลตของประเภทไทล์ #5
• เทมเพลต 3 แบบของประเภทไทล์ #6 - ที่นี่ คุณจะมีไทล์พิเศษอีกหนึ่งไทล์

ถัดไป พิมพ์และตัดออก ลองวางพวกมันเหมือนในภาพด้านบน และจำไว้ว่าที่ด้านขวาบนของแทร็ก ไทล์ 2 แผ่นต้องซ้อนทับกัน - นี่ควรเผื่อไว้ในกรณีที่คุณสงสัยว่าคุณทำอะไรผิดหรือเปล่า

ขั้นตอนที่ 3: การตั้งค่าสภาพแวดล้อม

เพื่อให้คุณสามารถตั้งโปรแกรม BBC micro:bit ใน MicroPython ได้ คุณต้องตั้งค่าตัวแก้ไขสำหรับมัน (ตัวแก้ไข Mu) และตั้งค่า GiggleBot MicroPython Runtime เป็นรันไทม์ เพื่อที่ คุณต้องทำตามคำแนะนำในหน้านี้ ณ ขณะนี้ เวอร์ชัน v0.4.0 ของรันไทม์ถูกใช้

ขั้นตอนที่ 4: การเขียนโปรแกรม GiggleBot

ก่อนที่จะลงมือ รันไทม์ GiggleBot MicroPython มีรันไทม์แบบคลาสสิกสำหรับ BBC micro:bit และไลบรารีอื่นๆ เพื่อรองรับ GiggleBot และเซนเซอร์ Dexter Industries อื่นๆ

หลังจากตั้งค่าแล้ว ให้เปิดสคริปต์ต่อไปนี้ในตัวแก้ไข Mu และคลิกที่ Flash การดำเนินการนี้จะแฟลช GiggleBot MicroPython Runtime และสคริปต์ที่คุณเพิ่งเปิดไปยัง BBC micro:bit ของคุณ สคริปต์ยังแสดงอยู่ด้านล่าง

เมื่อกระบวนการแฟลชเสร็จสิ้น ให้ซ้อน BBC micro:bit ลงใน GiggleBot โดยให้นีโอพิกเซลของบอร์ดหันไปข้างหน้า วางบนรางแล้วเปิดสวิตช์

โปรดสังเกตว่าในสคริปต์ PID และค่าคงที่อื่นๆ 2 ค่า (ค่ากำหนดความเร็วและค่าคงที่ความเร็วต่ำสุด) ถูกตั้งค่าไว้แล้ว

หมายเหตุ: สคริปต์ต่อไปนี้อาจมีช่องว่างหายไป และดูเหมือนว่าจะเกิดจากปัญหาบางอย่างในการแสดง GitHub Gists คลิกที่ส่วนสำคัญเพื่อนำคุณไปยังหน้า GitHub ซึ่งคุณสามารถคัดลอกและวางโค้ดได้

GiggleBot PID Line Follower - ปรับแต่งด้วย NeoPixels

จากการนำเข้าไมโครบิต*

จากการนำเข้า gigglebot*

จาก utime นำเข้า sleep_ms, ticks_us

นำเข้า ustruct

# เริ่มต้น GB neopixels

นีโอ = init()

#จับเวลา

update_rate =50

# กำไร/ค่าคงที่ (สมมติว่าแรงดันแบตเตอรี่อยู่ที่ประมาณ 4.0 โวลต์)

Kp =25.0

กี่ = 0.5

Kd =35.0

trigger_point =0.3

min_speed_percent =0.3

base_speed =70

ค่าที่ตั้งไว้ =0.5

last_position = เซ็ตพอยต์

อินทิกรัล =0.0

run_neopixels =True

center_pixel =5# โดยที่พิกเซลตรงกลางของรอยยิ้มจะอยู่บน GB

# เทอร์ควอยซ์ = ทูเพิล(แผนที่(แลมบ์ดา x: int(x / 5), (64, 224, 208))) # สีที่จะใช้วาดข้อผิดพลาดด้วยนีโอพิกเซล

# เทอร์ควอยซ์ = (12, 44, 41) # ซึ่งเป็นสีเทอร์ควอยซ์ด้านบนที่แสดงความคิดเห็นไว้ข้างต้น

error_width_per_pixel =0.5/3# ข้อผิดพลาดสูงสุดหารด้วยจำนวนเซ็กเมนต์ระหว่างแต่ละ neopixel

defupper_bound_linear_speed_reducer (abs_error, trigger_point, upper_bound, smallest_motor_power, maximum_motor_power):

ฐานโลก_ความเร็ว

ถ้า abs_error >= trigger_point:

# x0 = 0.0

# y0 = 0.0

# x1 = ขอบเขตบน - trigger_point

# y1 = 1.0

# x = abs_error - trigger_point

# y = y0 + (x - x0) * (y1 - y0) / (x1 - x0)

# เหมือนกับ

y = (abs_error - trigger_point) / (บน_bound - trigger_point)

motor_power = base_speed * (smallest_motor_power + (1- y) * (สูงสุด_motor_power - เล็กที่สุด_motor_power))

ส่งคืน motor_power

อื่น:

คืนค่า base_speed * maximum_motor_power

วิ่ง = เท็จ

Previous_error =0

ในขณะที่จริง:

# หากกดปุ่ม a ให้เริ่มติดตาม

ถ้า button_a.is_pressed():

วิ่ง = จริง

#แต่ถ้ากดปุ่ม b ให้หยุดผู้ติดตามไลน์

ถ้า button_b.is_pressed():

วิ่ง = เท็จ

อินทิกรัล =0.0

Previous_error =0.0

พิกเซล_off()

หยุด()

sleep_ms(500)

ถ้ารัน isTrue:

#อ่านเส้นเซ็นเซอร์

start_time = ticks_us()

ขวา, ซ้าย = read_sensor(LINE_SENSOR, ทั้งสอง)

# เส้นอยู่ด้านซ้ายเมื่อตำแหน่ง < 0.5

# เส้นอยู่ทางขวาเมื่อตำแหน่ง > 0.5

# เส้นอยู่ตรงกลางเมื่อตำแหน่ง = 0.5

#มันคือค่าเฉลี่ยเลขคณิตถ่วงน้ำหนัก

ลอง:

ตำแหน่ง = ขวา /float(ซ้าย + ขวา)

ยกเว้นข้อผิดพลาด ZeroDivision:

ตำแหน่ง =0.5

# ช่วงต้องเป็น (0, 1) และไม่ใช่ [0, 1]

ถ้าตำแหน่ง ==0: ตำแหน่ง =0.001

ถ้าตำแหน่ง ==1: ตำแหน่ง =0.999

# ใช้ตัวควบคุม PD

ข้อผิดพลาด = ตำแหน่ง - จุดตั้งค่า

อินทิกรัล += ข้อผิดพลาด

การแก้ไข = Kp * ข้อผิดพลาด + Ki * อินทิกรัล + Kd * (ข้อผิดพลาด - Previous_error)

Previous_error = ข้อผิดพลาด

#คำนวณความเร็วมอเตอร์

motor_speed = upper_bound_linear_speed_reducer (abs (ข้อผิดพลาด), setpoint * trigger_point, setpoint, min_speed_percent, 1.0)

leftMotorSpeed = motor_speed + การแก้ไข

rightMotorSpeed = motor_speed - การแก้ไข

# ทำให้ neopixels สว่างขึ้นตามข้อผิดพลาดที่กำหนด

ถ้า run_neopixels isTrue และ total_counts %3==0:

สำหรับผม'\x00\x01\x02\x03\x04\x05\x06\x07\x08':

นีโอ = (0, 0, 0)

สำหรับฉันใน'\x00\x01\x02\x03':

ifabs(ข้อผิดพลาด) > error_width_per_pixel * i:

ถ้าเกิดข้อผิดพลาด <0:

# neo[center_pixel + i] = เทอร์ควอยซ์

นีโอ[center_pixel + i] = (12, 44, 41)

อื่น:

# neo[center_pixel - i] = เทอร์ควอยซ์

นีโอ[center_pixel + i] = (12, 44, 41)

อื่น:

เปอร์เซ็นต์ =1- (error_width_per_pixel * i -abs(error)) / error_width_per_pixel

# สว่างขึ้นพิกเซลปัจจุบัน

ถ้าเกิดข้อผิดพลาด <0:

# neo [center_pixel + i] = tuple (แผนที่ (แลมบ์ดา x: int (x * เปอร์เซ็นต์), เทอร์ควอยซ์))

neo[center_pixel + i] = (int(64* เปอร์เซ็นต์ /5), int(224* เปอร์เซ็นต์ /5), int(208* เปอร์เซ็นต์ /5))

อื่น:

# neo [center_pixel - i] = tuple (แผนที่ (แลมบ์ดา x: int (x * เปอร์เซ็นต์), เทอร์ควอยซ์))

neo[center_pixel - i] = (int(64* เปอร์เซ็นต์ /5), int(224* เปอร์เซ็นต์ /5), int(208* เปอร์เซ็นต์ /5))

หยุดพัก

neo.show()

ลอง:

#หนีบความเร็วมอเตอร์

ถ้าเหลือความเร็วมอเตอร์ >100:

leftMotorSpeed =100

rightMotorSpeed = rightMotorSpeed - ซ้ายMotorSpeed +100

ถ้าใช่ความเร็วมอเตอร์ >100:

rightMotorSpeed = 100

leftMotorSpeed = leftMotorSpeed - rightMotorSpeed +100

ถ้า leftMotorSpeed <-100:

leftMotorSpeed = -100

ถ้า rightMotorSpeed <-100:

rightMotorSpeed = -100

#สั่งงานมอเตอร์

set_speed(leftMotorSpeed, rightMotorSpeed)

ขับ()

# พิมพ์ ((ข้อผิดพลาด, motor_speed))

ยกเว้น:

#ในกรณีที่เราประสบปัญหาบางอย่างที่แก้ไขไม่ได้

ผ่าน

# และรักษาความถี่ลูป

end_time = ticks_us()

delay_diff = (end_time - start_time) /1000

if1000.0/ update_rate - delay_diff >0:

สลีป (1000.0/ update_rate - ล่าช้า_diff)

ดู rawgigglebot_tuned_line_follower.py โฮสต์ด้วย ❤ โดย GitHub

ขั้นตอนที่ 5: ปล่อยให้มันทำงาน

มี 2 ปุ่มบน BBC micro:bit: ปุ่ม A และปุ่ม B:

• การกดปุ่ม A จะทำให้ GiggleBot ทำตามบรรทัด (ถ้ามี)
• การกดปุ่ม B จะหยุด GiggleBot และรีเซ็ตทุกอย่างเพื่อให้คุณใช้งานได้อีกครั้ง

ขอแนะนำเป็นอย่างยิ่งว่าอย่ายก GiggleBot ขณะที่กำลังเดินตามเส้น แล้วใส่กลับเข้าไปใหม่ เนื่องจากข้อผิดพลาดในการคำนวณอาจสะสมและทำให้เส้นทางของหุ่นยนต์ยุ่งเหยิงโดยสิ้นเชิง หากต้องการยกขึ้น ให้กดปุ่ม B จากนั้นใส่กลับเข้าไปใหม่ ให้กด A อีกครั้ง