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第1章预备知识虚拟机器人的结构与功能身体结构在VJC1.5中、有五种型号的机器人和AS-InfoM.图1-1是虚拟机器人的外形.虚拟机器人的身体结构跟真实的能力风暴智能机器人是相似的.本书中的范例采用的机器人型号均为AS-MⅡ.设置机器人型号的方法参见附录B.
虚拟机器人外形感觉***能力风暴智能机器人的感觉功能,是由机器人的传感器实现的.能力风暴机器人身上***的传感器有以下几种:红外传感器红外传感器由红外发射器和红外接收器两部分组成.一旦程序中发出红外测障的指令,红外发射器就开始发射红外线.红外线遇到障碍物会反射回来,被红外接收器接收,从而机器人就能判断出障碍物所在的方位.虚拟机器人能够检测左,右,前三个方向的障碍物,跟真实的能力风暴智能机器人基本相同.发射红外线的虚拟机器人如图1-2所示.
机器人发射红外线示意图光敏传感器光敏传感器能够检测光线的强度,检测到的值为0~255之间的整数.光线越亮,检测到的数值越小;光线越暗,检测到的数值越大.此项功能跟真实的能力风暴智能机器人是一样的碰撞传感器虚拟机器人的碰撞传感器能够检测左,右,前、后四个方向的碰撞,型号为AS-InfoX的机器人只能检测前、左,右三个方向的碰撞.如前所述,虚拟机器人共分五种、它们的的区别主要就体现在碰撞检测功能上.所以读者在打开程序时,无论是例程,还是自己编写保存的程序,如果涉及到碰撞检测,必须先设置相应的机器人型号(参见附录B),然后再打开程序,仿真运行.例如:打开例程自由行走(M).flw时,由于名称后面带有M,故须先将机器人型号设置为AS-M,然后再打开程序文件,仿真运行.打开例程自由行走(Info).flw时,最好先将机器人型号设置为AS-InfoM,然后再打开程序文件,仿真运行.
在碰撞检测功能方面,虚拟机器人跟真实的能力风暴智能机器人有较大差别(参见附录C,D).
声音传感器声音传感器能够检测声强大小,检测到的值为0~255之间的整数.数值越小,声音越低;数值越大,声音越响.此项功能跟真实的能力风暴智能机器人是一样的.
地面灰度传感器地面灰度传感器能够检测地面的灰度,检测到的值为0~255之间的整数.地面颜色越深,灰度值越大;地面颜色越浅、灰度值越小.此项功能跟真实的能力风暴智能机器人基本相同.
编程语言能力风暴智能机器人的编程语言是VJC1.5,由机器人C语言(简称JC)和流程图编程语言两部分组成.读者使用仿真版的时候,可以用流程图编程.在用流程图编程的同时,VJC1.5自动生成JC代码、便于读者观察,解释或修改程序,参见图1-3.在图1-3中、左边是流程图,右边是JC代码.在流程图编辑界面中、点击工具栏上的JC代码快捷按钮,即可看到当前程序的JC代码.
机器人走正方形的VJC程序VJC1.5仿真版能做什么为机器人编写程序在VJC1.5仿真版中、可以用流程图编写机器人程序,同时自动生成JC代码.但不能直接用JC代码为机器人编写程序.
在仿真版中编写的程序对真实的能力风暴机器人也是适用的.创建环境可以自由创建环境、是VJC1.5仿真版的一个突出优点、这往往是使用真实的机器人时所做不到的.在VJC1.5仿真版中、读者可以利用光源,声源,障碍物和彩色图带创建各种环境、如房间,迷宫、排雷场地等.下面的图1-4就是用仿真版创建的一个环境00篝火晚会场地,场地左下方是虚拟机器人.
篝火晚会场地仿真运行仿真运行就是进入仿真环境、让虚拟机器人按照程序指令进行运动.编好程序,创建环境之后,就可以仿真运行了.因此,在仿真版中、读者能够直观地看到机器人运行的效果.
初试身手走正方形
项目内容:为机器人编程,使之能走一个正方形.走的时候显示轨迹.
相关模块:直行、转向.
难度等级:●○○○○
项目解析:编写走正方形程序可参照图1-1编写,项目的难点在于要反复调整转向模块中转向时间和速度,以便机器人正好转90°.直行、转向模块的参数设置方法可参考帮助电子文档00执行器模块.
项目内容:为机器人编程,使之能走一个六边形.走的时候显示轨迹.要求使用多次循环模块.
相关模块:转向,直行、多次循环.
难度等级:●●○○○
项目解析:所有的程序都能用顺序结构,选择结构以及循环结构来表示.本项目中的循环结构是程序设计中重要的结构,故须认真掌握.多次循环模块在控制模块库中.将多次循环模块拖到流程图生成区后,在模块上右击鼠标,打开参数设置对话框,即可输入循环次数.另外要注意的是,使用多次循环模块的时候,须将待循环的内容放在循环体内部.
项目内容:为机器人编程,使之能走出一个五角星的形状.走的时候显示轨迹.要求使用条件循环模块.
相关模块:直行、转向,条件循环,计算.
难度等级:●●●○○程序设计通过该项目的学习可熟悉VJC1.5仿真版中引用变量,变量百宝箱的概念以及条件循环和计算模块的使用.条件循环模块在控制模块库中.
从图2-8可以看到,要画出一个五角星,需重复五次前进、右转的动作,右转的角度为1440.五角星的大小由前进的距离所决定.
在本例中、要求使用条件循环模块,我们可以将其中的条件表达式设置为整型变量一&
5在程序中、让整型变量一从0开始变化,每循环一次,就令整型变量一增加1.当整型变量一等于时,条件表达式都能满足;当整型变量一等于5时,条件表达式不再满足.于是循环将进行5次,然后就跳出循环,程序结束.参见图2-9.
五角星例程参数设置
最初的计算模块:计算表达式为整型变量一= 0
前进模块:速度80,时间2.0秒.可自行调整.
右转模块:相对速度100,时间0.4秒.可自行调整.
条件循环模块:条件表达式为
循环体中的计算模块:计算表达式为整型变量一= 整型变量一1
第二个计算模块参数设置的方法如下面a)-d)所述:在计算模块上右击鼠标,打开参数设置对话框(图2-10);计算模块的参数设置对话框在图2-10中、选择右上角的引用变量,这时会出现变量百宝箱(图2-11).
变量百宝箱在变量百宝箱中点击一下整型变量一、在整型变量一右边就会出现一把小钥匙,表明整型变量一被选中了.点击确认.
写出完整的计算表达式整型变量一= 整型变量一1,如图2-12所示.
计算表达式程序编好后,就可以仿真运行了.点击工具栏中的仿真快捷按钮,进入仿真环境主界面,选择显示轨迹、然后点击运行键,得到一个虚拟机器人、将虚拟机器人放在运行区、就能看到机器人走出的轨迹.
计算机执行程序的过程如下:首先将整型变量一赋值为0,然后进入条件循环.每循环一次,机器人前进一段距离,并右转一个角度,画出五角星的一条边、同时整型变量一增加1.故整型变量一从0依次变为当整型变量一等于5的时候,条件表达式不再满足,条件循环中止,程序就结束了.
项目内容:为机器人编程,使之走出一个五环.走的时候显示轨迹.
相关模块:启动电机、延时等待、停止电机、转向.
项目解析:设置本项目为了学习加固启动电机模块的使用方法,同时熟悉仿真环境中显示轨迹和保留原轨迹设置方法.
小技巧:在仿真环境中通过点击鼠标右键可调整机器人的初始角度.汽车
项目内容:用机器人做一个汽车.前进、后退、转弯,划弧线,停止,亮车灯等动作任意组合.车灯可用机器人的眼睛代替.
相关模块:直行、转向,启动电机、延时等待、停止电机、眼睛.动态字符
项目内容:机器人显示字符ABCD,并且字符从左向右运动.仿真界面中的显示屏
相关模块:显示、延时等待、永远循环.
项目解析:在本例中、可以这样来设计程序:用13个显示模块,分别将ABCD显示在不同部位、如图2-2122所示.其中、前一个显示模块与后一个显示模块之间插一个延时等待模块,延时等待的时间取0.2秒钟.当程序运行的时候,就会产生动态的效果.
ABCD动态字符的设计方法稳步前进彩色地毯
项目内容:机器人在彩色地毯上行走,遇到不同的颜色能发出不同的声音.
相关模块:地面检测,直行、转向,发音,永远循环,条件判断.创建环境00彩色地毯.参见帮助电子文档环境编辑图带和地毯.
项目解析:地面检测模块用于对地面的灰度进行检测,检测到的值为0~255之间的整型数,数值越大,地面颜色越深;数值越小,地面颜色越浅.在正式编程之前、先编写一个地面灰度检测小程序(参见图3-22),检测一下地毯不同部分的灰度.然后再构思本项目的解决方案.
项目内容:开始时,机器人站在跑道的起点处等待起跑.一旦听到发令***响、就立刻沿着跑道向终点冲过去.在跑的过程中机器人不能越出跑道.
百米赛跑场地
相关模块:地面检测,声音检测,条件循环,直行.
项目解析:在很多比赛中要求声控启动,当机器人听到声音后才能运动.这个项目主要演示在场地中添加声源,具体方法可参见帮助电子文档环境编辑声源.仿真运行时,先把机器人放在跑道的起点处,然后添加声源.
计算走过的距离
项目内容:计算机器人走过的距离.
相关模块:直行、转向,转角检测,显示.在本例中、我们让机器人先走一段直线,接着走一段弧线,然后再走一段直线.最后,调用两个转角检测模块,分别检测左轮和右轮的转角,并显示出来,例程如图3-16所示.
转角检测例程
转角检测模块:打开转角检测模块的对话框,如图3-17所示.转角检测模块的参数设置对话框之一在图3-17对话框中选择左轮,编码器检测,就会弹出如下对话框:转角检测模块的参数设置对话框之二在其中选择转角变量一、确定.用同样的方法,将第二个转角检测模块的参数设置为右轮,编码器检测,转角变量二.
显示模块:选择引用变量,在两行中分别显示转角变量一和转角变量二.
仿真运行时,显示轨迹、可以看到机器人走过一条曲线,最后在右上角的显示屏上显示出左右轮的转角数.
机器人的轮子转一圈,机器人的光电编码器接收到33个脉冲,转角计数为33.真实的能力风暴机器人轮子的直径d=64mm.您可以根据检测到的左右轮平均转角数,用如下公式计算出机器人走过的平均距离:
您还可以在以上例程中添加一段程序,计算机器人走过的距离,并将计算结果显示出来.不过,用上述公式计算出的结果适用于真实的机器人、与仿真界面上的标尺不一定吻合.
小知识:光电编码器光电编码器是靠发射与接收红外光来工作的,由码盘和光电编码模块组成.码盘***在机器人的轮子上,随轮子一起转动.光电编码模块则装在轮子的支架上.码盘上共有66个辐条,黑白相间.光电编码模块同时具有发射与接收红外线的功能,参见图3-19.
无返回信号有返回信号光电编码器的工作原理图
从图中可以看出:红外线照射在黑色辐条上时没有反射信号,因为红外光大部分已经被黑色辐条吸收;当红外线照射在白色辐条上时有反射信号,因为红外光在白色辐条上反射强烈.于是,当机器人运动时,光电编码器就能接收到脉冲信号.轮子每转一圈,共产生33个脉冲.光电编码器有计数功能,能累加接收到的脉冲数.
项目内容:让机器人在显示屏上显示时间,可以当作秒表来使用(图3-20).
相关模块:系统时间,显示、永远循环.
项目解析:在本书中很多项目可用于机器人比赛、比如走迷宫、灭火.进行机器人比赛、就需要计算所花的时间.VJC1.5仿真版提供了系统时间模块,能满足程序设计的需要.
项目内容:用机器人做成一个电风扇,来回摆动着吹.并且有电风扇的定时功能,吹一段时间就停下来.
相关模块:转向,启动电机、
停止电机、系统时间,条件循环.要让风扇定时,则须调用系统时间模块.在程序中、控制风扇运行的时间可以用条件循环来实现.程序一开始,首先启动扩展电机、然后进入条件循环,条件表达式为:时间变量一&
条件循环的内容为:左转,右转,检测系统时间,并将它在显示屏上显示出来.一旦检测到系统时间超过10秒钟,就跳出条件循环,停止扩展电机、程序结束.参见图3-21.
启动电机模块:选择扩展电机、而将左右电机的功率均设置为零.
系统时间模块:变量选择时间变量一.
停止电机模块:停止扩展电机.点击仿真快捷按钮,进入仿真环境主界面,点击运行键,将虚拟机器人放到运行区就可以了.运行时可以看到右上角显示屏上有时间显示.
风扇定时例程醉汉
项目内容:机器人模仿醉汉的姿态、跌跌撞撞地走.如果碰到人或障碍物,就转过身、继续走.
相关模块:直行、转向,碰撞检测.创建环境00设置一个房间,在房间里摆一些障碍物.
小知识:碰撞传感器在此,我们简要介绍机器人的碰撞传感器,以型号为AS-MII的真实机器人为例.碰撞传感器是感知碰撞信息的传感器.在能力风暴智能机器人的左前、右前、左后,右后部位设置有四个碰撞开关,它们与碰撞环共同构成了碰撞传感器(图3-26).
碰撞开关及碰撞环碰撞环与机器人底盘柔性连接,在受力后与底盘产生相对位移,触发固连在底盘上的碰撞开关,使之闭合.从而机器人就能感知来自不同方向的碰撞.参见图3-27.
机器人的碰撞传感器示意图根据接收到的开关信号,机器人能够判别八个方向的碰撞(见图3-28).
碰撞方位在VJC1.5仿真版中、虚拟机器人至多只能识别前、后,左,右四个方向的碰撞.
项目内容:机器人在空间漫步,有时候会停下来,欣赏欣赏风景,唱唱歌、然后又继续走.遇到障碍物能自动避开、但不会撞上去.
相关模块:转向,直行、红外测障,碰撞检测,条件判断、发音.创建环境00自由创意.趋光的飞蛾
项目内容:机器人模仿飞蛾,一旦发现光、就会向着光走过去.
相关模块:亮度检测,启动电机、延时等待、停止电机、永远循环,条件判断.
机器人趋光的方式程序分析
问:机器人如何才能朝着光源走过去
答:可以采用比较机器人左右眼的亮度值的方法.如果左眼的亮度值小于右眼的亮度值,说明机器人的左眼接收到的光线较强、离光源较近;而机器人的右眼接收到的光线较弱,离光源较远.这时就让机器人逆时针划一段弧线,目的是让机器人的右眼离光源更近些.类似地,如果右眼的亮度值小于左眼的亮度值,则说明机器人的左眼离光源较远,这时就让机器人顺时针划一段弧线.通过逆时针划弧线和顺时针划弧线的交替,机器人就可以逐步接近光源了.参见图3-29.
问:机器人怎样才不会撞上蜡烛
答:如果机器人左眼或右眼的亮度值小于某一个值,比如20,就停止电机.这样,机器人走到蜡烛跟前就会停下来,而不会撞上蜡烛.参见图3-30的例程.
第一个亮度检测模块:方式选择左,变量选择亮度变量一.
第二个亮度检测模块:方式选择右,变量选择亮度变量二.
第一个条件判断模块:条件表达式为
条件一:亮度变量一
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能力风暴机器人仿真系统备课教案
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