Мы давно все знаем о том, что роботы это наше будущее. Существует очень много направлений робототехники. Военные разработки, социальные, развлекательные и просто рабочие роботы.
Но в этот раз я хочу поведать от лица команды Колледжа при МИРЭА о соревновательной составляющей, а в точности про роботов сумоистов.

Немного о нашей команде

Существуем мы с 2014 года. Победители и призеры большинства соревнований Робофинист, Робофест, Спартакиады МФТИ и более мелких турниров, а также являемся абсолютными чемпионами России на 2016-2017 год в номинации мини-сумо.

Кто такие вообще эти роботы сумоисты?

Изначально, когда мы только узнали о таких соревнованиях, сумоистов делали преимущественно из лего. Но это довольно плохая идея, об этом далее.

На данный момент правильный сумоист описывается очень просто: полностью автономный кусок железа на колесах, с мозгами и парой датчиков, который выбивает похожий кусок железа за пределы ринга.

Бывает их 4 вида:

1. Мега-сумоист
2. Мини-сумоист
3. Микро-сумоист
4. Нано-сумоист

Все отличаются не только внешне, но и внутренне.

Мега - самые большие и опасные роботы. Максимальный вес до 3 кг, возможность ставить различные «присоски», чего не разрешается делать с другими роботами.

Мини - приятные, небольшие роботы до 500 грамм 10 на 10 см. Не сложны в пайке, удобны в настройке и сборке. Являются самой популярной номинацией в сумо.

Микро и нано - уменьшенные копии мини. Микро 5 на 5 на 5, нано 2,5 на 2,5 на 2,5. Трудно паять и подбирать детали. Популярнее, чем мега-сумо.

В чем суть робо-сумо?

Главная цель: вытолкнуть противника за пределы круглого полигона. Проигрывает тот, кто первым коснется любого объекта за его пределами. Казалось бы, что сложного в том, чтобы просто вытолкнуть противника? А сложность в том, что роботы полностью автономны и все чаще появляются новые стратегии, с которыми все сложнее бороться.

Из чего они состоят?

Вернемся к лего. Скорее всего, многие из вас пробовали что-то делать с программируемым конструктором лего, ну или хотя бы видели как это делается. Существует даже отдельная номинация для таких роботов 15 на 15, но на ужасно скучная и подойдет только для совсем начинающих или маленьких робототехников. В сравнении с самодельными образцами этот проигрывает во всем, кроме сложности сборки.

Во-первых это низкая скорость. Во-вторых огромные размеры. В третьих низкая скорость отклика датчиков. А также сам контроллер оставляет желать лучшего.

Подробнее о сборке и комплектации

Сумоисты, которые составляют конкуренцию делают на arduino. Используют печатные платы, припаивая на нее датчики, контроллер, драйвера и пр. Также стоит широкий выбор датчиков для обнаружения противника, но использовать стоит инфракрасные или лазерные, т.к. сонары очень медленные и громоздкие. Конечно, необходимы движки и колеса, чтобы робот мог передвигаться. Ставить их можно неограниченное количество, но практика показывает, что лучше всего робот ездит на двух колесах размещенных сзади. И, конечно, робот не может жить без ковша и подцепа. Ковш это просто корпус, обертка и защита платы и элементов. Чаще всего стальной или железный. Подцепы же делают из лезвий для канцелярских ножей, но встречаются экземпляры с нестандартным подходом, например, заточенная деревянная линейка или вата, но толку от такого подхода мало.

Сложнее всего (помимо программирования) спроектировать робота.

Первый этап

Это что называется, самый первый этап - размещение движков и датчиков. Вы также можете наблюдать здесь два небольших датчика перед самым подцепом, так вот это датчики линии.

Они используются для обнаружения белой полосы на полигоне, чтобы избежать случайного падения за пределы ринга, но не являются обязательным компонентом и на деле используются не очень часто. Высокие скорости зачастую не позволяют вовремя остановиться.

Второй этап

А здесь уже нанесены контроллер, драйвер, выключатели и разъем для аккумуляторов.
Останется только распечатать трассировку и перенести на текстолитовую плату, а затем пролудить дорожки.

Вот как это выглядит на готовой плате:

Готовая плата

Готовый к запуску робот:

Как видите, ничего особо сложного здесь нет. О проблемах далее.

Перейдем к программированию

Проще всего использовать контроллеры arduino или arduino-совместимые. Также, Arduino IDE нам в помощь. По стандартной схеме у робота 5 датчиков. Значит состояний может быть

$$display$$2^5$$display$$

Мы исключаем ситуацию, когда боковые датчики одновременно видят противника (т.к. такого не может быть, а если происходит, значит есть неисправность в одном из датчиков), а также ситуацию, при которой боковой и два передних датчика выдают 0 (т.е. видят), т.к. такого тоже не может быть или шанс слишком мал.

Чтобы заставить его поехать на противника нам достаточно установить пины, подать напряжение на моторы и считать показания датчиков:

Код робота

// Установка пинов для датчиков int pin_left=10; int pin_center_left=11; int pin_center_right=4; int pin_center=12; int pin_right=7; // Пины на моторы int pin_motor_left_forward=9; int pin_motor_left_back=6; int pin_motor_right_forward=3; int pin_motor_right_back=5; // Переменные для хранения результата опроса датчиков int cl,cc,cr,l,r; // Функция для опроса датчиков void GLAZ() { cl = digitalRead(pin_center_left); cc = digitalRead(pin_center); cr = digitalRead(pin_center_right); l = digitalRead(pin_left); r = digitalRead(pin_right); } // Функция движения, принимающая скорости от 0 до 255 для подачи на каждый мотор void MOVE(int a, int b) { if(a<0) { digitalWrite(pin_motor_left_forward,LOW); analogWrite(pin_motor_left_back,0-a); } else { analogWrite(pin_motor_left_forward,a); digitalWrite(pin_motor_left_back,LOW); } if(b<0) { digitalWrite(pin_motor_right_forward,LOW); analogWrite(pin_motor_right_back,0-b); } else { digitalWrite(pin_motor_right_back,LOW); analogWrite(pin_motor_right_forward,b); } } void setup() { pinMode (pin_center,INPUT);//центральный pinMode (pin_right, INPUT);//правый датчик pinMode (pin_left,INPUT);//левый датчик pinMode (pin_center_right, INPUT);//передний правый датчик pinMode (pin_center_left,INPUT);//передний левый датчик pinMode (pin_line_left, INPUT); pinMode (pin_line_right, INPUT); pinMode (pin_start,INPUT);//старт pinMode (13,OUTPUT);//старт digitalWrite(13,HIGH); pinMode (pin_motor_left_back, OUTPUT);//мотор лево назад pinMode (pin_motor_right_forward, OUTPUT);//мотор право вперед pinMode (pin_motor_right_back, OUTPUT);//мотор правый назад pinMode (pin_motor_left_forward,OUTPUT);//мотор лево вперед // ожидание сигнала к началу схватки while(!digitalRead(pin_start))continue; MOVE(200,200); } void loop() { GLAZ(); if(l && r) { if((cl + cc + cr) < 2 || !cc){ MOVE(255,255); } if(cc) { if(!cl && cr) MOVE(0-180,180); if(cl && !cr) MOVE(180,0-180); } } else if(cc + cr + cl == 3) { if(!l && r) MOVE(0-200,200); if(!r && l) MOVE(200,0-200); } else if(cc) { if(!l && !cl && cr && r) MOVE(0-150,150); if(l && cl && !cr && !r) MOVE(150,0-150); } if(!digitalRead(pin_start))while(1){MOVE(0,0);} }

Вам остаётся только совершенствовать код.

Важно!
Датчики возвращают 1, если ничего не видят, и 0, если есть препятствие.

После загрузки кода по usb робот готов соревноваться.

Стоит учесть

Во-первых, это элементы. Датчики, которые мы используем (sharp 340) встречаются довольно редко или не встречаются вовсе. Поэтому если есть возможность, то брать нужно сразу много или найти подходящий по параметрам аналог.

Во-вторых, нельзя наносить никаких критических повреждений роботу противника или использовать например, магниты, для подцепа. Это слегка ограничивает нас в выборе средств для борьбы.

Также не стоит забывать про колеса. Кривые, тонкие и скользящие не подойдут, вы просто не сможете маневрировать и момента силы не хватит. Обязательно тестируйте резину.

При работе с движками учитывайте, что работать им придется под максимальной нагрузкой и гореть они будут довольно часто.

Также имеет смысл делать съемные аккумуляторы, т.к. разряжается робот довольно быстро, а заряжается долго.

Список необходимых покупок:

1. Паяльник, припой, флюз (по выбору)
2. Текстолитовые платы (чтобы протравить, вам надо закрыть все дорожки, затем поместить это все в раствор перекиси водорода + лимонной кислоты + соли на несколько часов, а потом содрать, бумагу, например, под которой прятали дорожки)
3. Датчики sharp 340
4. Движки, выбирайте по вкусу, чем больше оборотов в минуту, тем лучше.
5. Аккумуляторы (советую брать литий-полимерные) + зарядная станция
6. Ключ (кнопка выключателя, припаивается на плату) и электрические элементы (есть на картинке с трассировкой)
7. Драйвера
8. Контроллер, для начала можно попробовать Polulu A-Star 32u4 micro и залить туда загрузчик ардуино
9. Лист металла для корпуса
10. Бурмашинка для дырок в плате
11. Пульт запуска и к нему стартовый модуль
P.S. Если что-то упустил - пишите, исправлю.

Соревнования

Ближайшие соревнования будут проходит в Питере, Робофинист, поэтому сейчас мы к ним усиленно готовимся и, если вы захотите принять участие, то делать нужно все четко и быстро.

Но соревнования эти не единственные, по России их достаточно много, наиболее крупные проводятся в Москве. Примерно раз в месяц-два вы можете испытать счастье и посоревноваться.

Такие соревнования за границей не редкость и мы туда тоже хотим попасть. Вот приблизительная карта соревнований по миру:

Мы очень надеемся, что в нашей стране робо-сумо будет только развиваться и приглашаем всех поучаствовать в создании своего робота. Выглядит очень эпично, когда от какого-то робота отлетают куски.

Нам этом мы заканчиваем ознакомительную статью и желаем всем успехов в робототехнике, будем рады увидеть вас на соревнованиях!

1. Общие правила

1.1. Робот должен вытолкнуть робота-соперника за черную линию (За пределы поля).

1.2. После начала состязания роботы должны двигаться по направлению друг к другу до столкновения.

1.3. После столкновения роботы должны пытаться контактировать друг с другом.

1.4. Во время проведения состязания участники команд не должны касаться роботов.

1.5. Два автономных робота выставляются на ринг (круглое поле). Роботы пытаются вытолкнуть соперника за пределы ринга.

1.6. Робот, выигравший большее количество раундов, выигрывает матч.

1.7. При игре «каждый с каждым», лучшим считается робот выигравший большее количество матчей.

1.8. При большом количестве участников можно организовывать ранжирование по «олимпийской системе» (на вылет).

2. Робот

2.1. Роботы должны быть построены с использованием только деталей конструкторов ЛЕГО Перворобот (LEGO-Mindstorms)

2.2. Во время всего раунда:

Размер робота не должен превышать 25х25х25см.

Вес робота не должен превышать 1кг.

2.3. Робот, по мнению судий, намерено повреждающий других роботов, или как-либо повреждающий покрытие поля, будет дисквалифицирован на всё время состязаний.

2.4. В конструкции робота строго запрещено использовать:

Клеящие вещества.

2.5. Перед матчем роботы проверяются на габариты и вес.

2.6. Робот может иметь множество программ, из которых оператор может выбирать каждый раунд.

2.7. Между матчами разрешено изменять конструкцию и программы роботов.

3. Поле

3.1. Белый круг диаметром 1 м с чёрной каёмкой толщиной в 5 см.

3.2. В круге, красными полосками отмечены стартовые зоны роботов.

3.3. Красной точкой отмечен центр круга.

3.4. Поле размещено на подиуме высотой 16 мм.

4. Проведение Соревнований

4.1. Соревнования состоят из серии матчей. Матч определяет, из двух участвующих в нём роботов, наиболее сильного. Матч состоит из 3 раундов по 30 секунд. Матч выигрывает робот выигравший большее количество раундов. Судья может использовать дополнительный раунд для разъяснения спорных ситуаций.

4.2. Раунды проводятся подряд.

4.3. В начале раунда роботы выставляются за красными полосами (от центра ринга) в своих стартовых зонах, все касающиеся поля части робота должны находиться внутри стартовой зоны.

4.4. По команде судьи отдаётся сигнал на запуск роботов, при этом операторы роботов должны запустить программу на роботах и отойти от поля более чем на 1 метр в течение 5 секунд. За эти же 5 секунд роботы должны проехать по прямой и столкнуться друг с другом.

4.5. Для начинающих: После столкновения роботы не могут маневрировать по рингу.

4.6. Для опытных: После столкновения роботы могут маневрировать по рингу как угодно.

4.7. Если роботы не сталкиваются в течение 5 секунд после начала раунда, то робот из-за которого, по мнению судьи, не происходит столкновения, считается проигравшим в раунде. Если роботы едут по прямой и не успевают столкнуться за 5 секунд, то робот, находящийся ближе к своей стартовой зоне, считается проигравшим в раунде.

5. Правила отбора победителя

5.1. Если робот не двигается, не находясь в контакте с другим роботом, больше 10 сек, то он считается проигравшим в раунде.

5.2. При касании любой части робота (даже не присоединённой к роботу) за пределы чёрной каёмки, роботу засчитывается проигрыш в раунде.

5.3. Если по окончании раунда ни один робот не будет вытолкнут за пределы круга, то выигравшим раунд считается робот, находящийся ближе всего к центру круга.

5.4. Если победитель не может быть определен способами, описанными выше, решение о победе или переигровке принимает судья состязания.

6. Судейство

6.1. Организаторы оставляют за собой право вносить в правила состязаний любые изменения, если эти изменения не дают преимуществ одной из команд.

6.2. Контроль и подведение итогов осуществляется судейской коллегией в соответствии с приведенными правилами.

6.3. Судьи обладают всеми полномочиями на протяжении всех состязаний; все участники должны подчиняться их решениям.

6.4. Если появляются какие-то возражения относительно судейства, команда имеет право в устном порядке обжаловать решение судей в Оргкомитете не позднее окончания текущего раунда.

6.5. Переигровка может быть проведена по решению судей в случае, когда робот не смог закончить этап из-за постороннего вмешательства, либо когда неисправность возникла по причине плохого состояния игрового поля, либо из-за ошибки, допущенной судейской коллегий.

6.6. Члены команды и руководитель не должны вмешиваться в действия робота своей команды или робота соперника ни физически, ни на расстоянии. Вмешательство ведет к немедленной дисквалификации.

6.7. Судья может закончить состязание по собственному усмотрению, если робот не сможет продолжить движение в течение 10 секунд.

12.2. Конструкция робота для соревнования "Сумо".

Базовое поведение робота в "Сумо" очень похоже на поведение робота в "Кегельринге" . Роботу также необходимо найти внутри поля объект и вытолкать его за пределы круга. Различия, как водится, кроятся в деталях: теперь этот объект в свою очередь ищет нашего робота и тоже жаждет вытолкать его поскорее.

Тем не менее - сосредоточимся на своей цели: искать соперника нам по-прежнему будет помогать один из датчиков, способных определять предметы на расстоянии (инфракрасный или ультразвуковой), а своевременно определять черную границу поля будем с помощью датчика цвета. Поэтому для создания и отладки программы робота-сумоиста предлагаем вам использовать того же самого робота, которого мы подготовили для Урока №11 - Кегельринг .

Для того, чтобы защитить впереди расположенный датчик от взаимодействия с соперником, соорудим бампер и закрепим его на нашем роботе. Ниже приведены подробные инструкции для сборки, как из домашней, так и из образовательной версии конструктора Lego mindstorms EV3. Можете поэкспериментировать и придумать собственный вариант конструкции.

Lego mindstorms EV3 Home

Lego mindstorms EV3 Education

Получившийся элемент закрепим на передней балке нашего робота.

Lego mindstorms EV3 Home

Lego mindstorms EV3 Education

Наш учебный робот готов. Приступим к созданию программы робота-сумоиста. Замечательно, если у вас есть возможность отлаживать программу, используя ещё одного робота! Если же нет, то ничего страшного: можно задействовать в качестве соперника, например, радиоуправляемую модель автомобиля или те же кегли от "Кегельринга".

12.3. Создание программы для соревнования "Сумо".

Первая мысль, которая приходит в голову: использовать программу для "Кегельринга" , внеся в неё косметические изменения. Действительно, алгоритмы поведения робота в "Кегельринге" и в "Сумо" очень похожи. Они реализуют поиск объекта и выталкивание его за пределы поля. Можно загрузить в робота-сумоиста программу для "Кегельринга" , но работать такой сумоист будет не очень эффективно. Тем не менее, знания, полученные на предыдущем уроке, пригодятся нам сейчас.

Настало время загрузить в среду программирования наш проект "lessons-2" , создать в нём новую программу "lesson-12" и подключить робота к среде программирования.

Поведенческую модель робота-сумоиста можно условно разделить на две части: поиск соперника и атака соперника . Сначала займемся реализацией первой части - поиска соперника .

Подробно пропишем последовательность действий нашего робота при обнаружении соперника на поле:

1. вращаться вокруг своей оси, пока впереди расположенный датчик не обнаружит соперника;
2. остановиться напротив соперника.

Эта последовательность действий полностью повторяет алгоритм поиска роботом кегли в "Кегельринге" , но, так как, расстояние между роботами в "Сумо" может превышать расстояние от робота до кегли, то нам необходимо выбрать другое пороговое значение для используемого датчика.

Установим соперников на поле напротив друг друга, как показано на рисунке ниже.

Такое положение практически соответствует максимальному удалению роботов друг от друга во время состязания, поэтому текущее показание датчика, измеряющего расстояние до соперника можно взять за пороговое. Важно : так как пороговое значение будет достаточно большим - необходимо чтобы за пределами поля на расстоянии около 1 м. во время работы робота также отсутствовали посторонние предметы, способные помешать поиску.

На "Странице аппаратных средств" , находящейся в правом нижнем углу среды программирования, выберем вкладку "Представление порта" (Рис. 1, 2 поз. 1) и снимем показание датчика, определяющего расстояние до соперника, установив соответствующий режим отображения показаний.

В нашем случае ультразвуковой датчик в режиме "Расстояние в сантиметрах" показывает значение - 56,1 (Рис. 1 поз. 2) 57 .

Рис. 1

Инфракрасный датчик в режиме "Приближение" показывает значение - 68 (Рис. 2 поз. 2) . За пороговое значение примем число - 70 .

Рис. 2

По аналогии с "Кегельрингом" мы можем запрограммировать нахождение роботом соперника, только, чтобы немного дистанцироваться от предыдущего урока, изменим направление вращения робота на противоположное:

Ультразвуковой датчик

1. "Зеленой палитры" "Включить" "B" установим равным -30 , значение мощности для порта "C" установим равным 30 (Рис. 3 поз.1) .
2. Для поиска соперника используем программный блок в режиме "Ультразвуковой датчик - Сравнение - Расстояние в сантиметрах" 57 (Рис. 3 поз. 2) .
3. выключим моторы (Рис. 3 поз. 3) .

Рис. 3

Инфракрасный датчик

1. Для того, чтобы заставить робота вращаться вокруг своей оси, воспользуемся программным блоком "Независимое управление моторами" "Зеленой палитры" , Режим работы блока установим "Включить" , значение мощности для порта "B" установим равным -30 , значение мощности для порта "C" установим равным 30 (Рис. 4 поз.1) .
2. Для поиска соперника воспользуемся программным блоком "Ожидание" "Оранжевой палитры" в режиме "Инфракрасный датчик - Сравнение - Приближение", с пороговым значением срабатывания датчика, равным 70 (Рис. 4 поз. 2) .
3. После того, как робот окажется напротив соперника, используя программный блок "Независимое управление моторами" "Зеленой палитры" выключим моторы (Рис. 4 поз. 3) .

Рис. 4

На этапе отладки этого алгоритма вам придется, подбирая значения "Мощность" моторов "B" и "C" а также пороговое значение датчика, добиться от вашего робота точного обнаружения и остановки строго напротив соперника. Только после этого можно будет переходить к программной реализации алгоритма атаки.

Если поиск соперника в "Сумо" очень похож на поиск кегли в "Кегельринге" , то выталкивание соперника имеет важное отличие! Начиная атаку, первое, что необходимо сделать, это прямолинейно устремиться на максимальной мощности моторов в сторону обнаруженного соперника, проверяя датчиком цвета обнаружение границы ринга. Но ведь наш соперник тоже может двигаться! Поэтому вполне возможна ситуация, когда соперник выйдет в сторону из-под направления нашей атаки. В этом случае, наш робот, промахнувшись, будет двигаться в сторону границы ринга, теряя соперника и драгоценное время.

Следовательно, нам необходимо во время прямолинейного движения вперед анализировать оба датчика и прекращать атаку в случае, если робот потеряет соперника ИЛИ робот достигнет границы ринга . Поэтому нам необходимо отказаться от использования программного блока "Ожидание" "Оранжевой палитры" и самостоятельно в цикле получать и обрабатывать показания двух датчиков.

Приступим к поэтапной реализации алгоритма атаки соперника : для этого создадим в проекте временную программу "lesson-12-1" и начнем её наполнение программными блоками.

1. Возьмем программный блок "Цикл" "Оранжевой палитры" .
2. Внутрь блока "Цикл" поместим программный блок "Независимое управление моторами" "Зеленой палитры" "Включить" (Рис. 5 поз. 1) , мощности моторов "B" и "C" установим в максимальное значение - 100 (Рис. 5 поз. 2) .

Рис. 5

1. Следом за блоком "Независимое управление моторами" поместим программный блок . Режим работы блока установим в значение "Сравнение - Яркость отраженного света" (Рис. 6)

Рис. 6

В этом режиме программный блок "Датчик цвета" "Желтой палитры" визуально очень похож на программный блок "Ожидание" "Оранжевой палитры" в режиме "Датчик цвета - Сравнение - Яркость отраженного света" . Но, в отличие от блока "Ожидание" , этот программный блок не ждет выполнения условия, указанного параметрами "Тип сравнения" (Рис. 7 поз. 1) и "Пороговое значение" (Рис. 7 поз. 2) , а сразу выдает логическое значение ("Истина" или "Ложь" ) в выходном параметре и измеренное значение - в выходном параметре "Освещение" (Рис. 7 поз. 4) .

Параметры "Тип сравнения" и "Пороговое значение" на Рис. 7 поз. 1, 2 "Результат сравнения" (Рис. 7 поз. 3) выдавал логическое значение "Истина" при пересечении датчиком цвета черной границы ринга.

Рис. 7

1. В случае использования ультразвукового датчика за блоком "Датчик цвета" установим программный блок "Ультразвуковой датчик" "Желтой палитры" . Режим работы блока установим в значение "Сравнение - Расстояние в сантиметрах" (Рис. 8 поз. 1) . Параметр "Тип сравнения" (Рис. 8 поз. 2) , параметр "Пороговое значение" (Рис. 8 поз. 3) установим таким образом, чтобы выходной параметр "Результат сравнения" (Рис. 8 поз. 4) выдавал логическое значение "Истина"

Рис. 8

В случае использования инфракрасного датчика за блоком "Датчик цвета" установим программный блок "Инфракрасный датчик" "Желтой палитры" . Режим работы блока установим в значение "Сравнение - Приближение" (Рис. 9 поз. 1) . Параметр "Тип сравнения" (Рис. 9 поз. 2) , параметр "Пороговое значение" (Рис. 9 поз. 3) установим таким образом, чтобы выходной параметр "Результат сравнения" (Рис. 9 поз. 4) выдавал логическое значение "Истина" в случае потери из виду роботом соперника.

Рис. 9

Давайте ещё раз проанализируем промежуточный код нашего алгоритма атаки: мы включили моторы на максимальную мощность и движемся вперед, постоянно в цикле опрашивая датчики. Если наш робот пересечет черную линию границы ринга, то значение выходного параметра "Результат сравнения" "Датчика цвета" примет значение "Истина" . Если наш робот потеряет соперника, то значение выходного параметра "Результат сравнения" датчика, следящего за соперником, также примет значение "Истина" . В любом из этих случаев нам следует прекратить атаку, завершив наш цикл. В этом нам поможет программный блок . Познакомимся с этим блоком подробнее: программный блок "Логические операции" предназначен для выполнения операций над логическими данными (Рис. 10) .

Рис. 10

Выбранный режим программного блока "Логические операции" "Красной палитры" определяет одну из четырех операций над логическими данными: "И (AND)" , "ИЛИ (OR)" , "Исключающее ИЛИ" и "Исключение (NOT)". Д ва входных параметра "a" и "b" (для операции "Исключение (NOT)" - один входной параметр "a" ) передают в программный блок входные значения, а результирующее значение выдается выходным параметром "Результат" . Если вы ранее не сталкивались с логическими операциями, то можете ознакомиться с базовыми знаниями в прилагаемой справке под спойлером.

Логические операции

Логические операции осуществляются только над логическими значениями (данными), также является логическое значение. Логическое значение может находиться в одном из двух состояний: "Истина" или "Ложь" . Логические операции очень часто записываются в табличной форме в виде: "входной параметр 1" - "входной параметр 2" = "результат" . Логические операции, реализуемые программным блоком "Логические операции" "Красной палитры" в табличной форме можно записать следующим образом:

Логическая операция "И (AND)"

Результатом логической операции "И (AND)" будет значение "Истина" "Истина" "Ложь" .

"a"	операция	"b"		результат
"Ложь"	"И (AND)"	"Ложь"	=	"Ложь"
"Ложь"	"И (AND)"	"Истина"	=	"Ложь"
"Истина"	"И (AND)"	"Ложь"	=	"Ложь"
"Истина"	"И (AND)"	"Истина"	=	"Истина"

Логическая операция "ИЛИ (OR)"

Результатом логической операции "ИЛИ (OR)" будет значение "Ложь" только, если оба входных значения равны "Ложь" , во всех других случаях значение операции равно "Истина" .

"a"	операция	"b"		результат
"Ложь"	"ИЛИ (OR)"	"Ложь"	=	"Ложь"
"Ложь"	"ИЛИ (OR)"	"Истина"	=	"Истина"
"Истина"	"ИЛИ (OR)"	"Ложь"	=	"Истина"
"Истина"	"ИЛИ (OR)"	"Истина"	=	"Истина"

Логическая операция "Исключающее ИЛИ"

Результатом логической операции "Исключающее ИЛИ" будет значение "Истина" только, если одно из входных значений равно "Истина" , во всех других случаях значение операции равно "Ложь" .

"a"	операция	"b"		результат
"Ложь"	"Исключающее ИЛИ"	"Ложь"	=	"Ложь"
"Ложь"	"Исключающее ИЛИ"	"Истина"	=	"Истина"
"Истина"	"Исключающее ИЛИ"	"Ложь"	=	"Истина"
"Истина"	"Исключающее ИЛИ"	"Истина"	=	"Ложь"

Логическая операция "Исключение (NOT)"

Логическая операция "Исключение (NOT)" применяется только к одному входному значению. Результатом логической операции "Исключение (NOT)" над входным значением является противоположное значение.

1. За программным блоком "Ультразвуковой датчик" или "Инфракрасный датчик" поместим программный блок "Логические операции" "Красной палитры" .

• Выходной параметр "Результат сравнения" программного блока "Датчик цвета" (Рис. 11, 12 поз. 1) "a" программного блока "Логические операции" (Рис. 11, 12 поз. 4).
• Выходной параметр "Результат сравнения" программного блока "Ультразвуковой (инфракрасный) датчик" (Рис. 11, 12 поз. 2) соединим с входным параметром "b" программного блока "Логические операции" (Рис. 11, 12 поз. 5).
• Режим работы программного блока "Логические операции" установим в "ИЛИ (OR)" (Рис. 11, 12 поз. 3) . В этом случае результат выполнения логической операции будет принимать значение "Истина" , только если будет выполнено одно из условий: датчик цвета пересёк черную линию, робот потерял соперника.
  
• Установив режим программного блока "Цикл" в значение "Логическое значение" (Рис. 11, 12 поз. 7) , выходной параметр "Результат" программного блока "Логические операции" (Рис. 11, 12 поз. 6) соединим с входным параметром "Пока не будет истина" программного блока "Цикл" (Рис. 11, 12 поз. 8) . Данные настройки завершат выполнение цикла при "Истинном" результате выполнения логической операции.

Рис. 11

Рис. 12

Давайте протестируем получившийся алгоритм атаки! Для этого поместим нашего робота внутрь ринга, напротив установим неподвижного соперника и запустим программу атаки на выполнение. Наш робот должен уверенно вытолкать соперника за пределы ринга и остановиться над черной границей поля. Получилось? Значит наш сумоист верно контролирует границу ринга.

Проведем второй эксперимент: снова установим напротив робота неподвижного соперника и запустим программу атаки. Когда наш робот устремится к сопернику и приблизится достаточно близко, резко уберём соперника в сторону. Наш робот должен, потеряв соперника, остановиться.

Подведем итог: мы реализовали алгоритм поиска соперника и успешно его протестировали, также прошел проверку алгоритм атаки.

Законченная программа сумоиста должна в бесконечном цикле выполнять последовательно поиск соперника, а затем - атаку соперника. Можно было бы уже объединить обе части нашей программы, если бы не одно маленькое дополнение. Если наш робот остановился над границей ринга, то перед тем, как начать поиск, роботу следует, отъехав немного назад, вернуться внутрь ринга. Дополним нашу программу атаки следующим кодом: за пределами цикла атаки, воспользуемся программным блоком "Переключатель" "Оранжевой палитры" . Режим работы блока "Переключатель" установим в "Датчик цвета - Сравнение - Яркость отраженного света". Параметры "Тип сравнения" и "Пороговое значение" установим аналогично ранее используемым в программном блоке "Датчик цвета" "Желтой палитры" . Следовательно, если наш робот остановился над черной линией, то выполнение будет передано верхнему контейнеру программного блока "Переключатель" . Именно в верхний контейнер поместим программный блок "Рулевое управление" "Зеленой палитры" , с настройками параметров, заставляющими робота отъехать назад на один оборот моторов. В нижний контейнер программного блока "Переключатель" поместим программный блок, выключающий моторы (Рис. 13) . Повторно протестировав алгоритм атаки, убедимся, что после того, как робот-сумоист вытолкал соперника за пределы ринга, он вернулся немного назад.

Рис. 13

Вот теперь можно завершить разработку программы для робота-сумоиста. Внутрь бесконечного цикла последовательно вложим программу поиска соперника, а затем программу атаки соперника. Попробуйте выполнить эту работу самостоятельно, не подглядывая в решение.

Заключение:

Программа, которую мы разобрали с вами на этом уроке, реализует только один прямой силовой алгоритм поведения робота-сумоиста. Она подразумевает, что в прямом силовом противостоянии робот должен непременно одолеть своего соперника. Но наш учебный робот, конечно же, совсем не похож на мускулистого борца-сумо. Для того, чтобы уверенно выступить в этом состязании, необходимо уделить самое пристальное внимание в первую очередь конструкции робота, создать прочную, защищенную платформу, с помощью дополнительных ведущих колес или гусениц повысить сцепление с поверхностью ринга. На популярном видеохостинге Youtube.com по запросу "сумо lego роботов" можно найти множество видеороликов с реальных соревнований роботов, из которых вы непременно почерпнёте для себя интересные идеи для реализации в собственных конструкциях.

Главная же цель этого урока - на практическом примере показать вам метод непрерывной обработки показаний от пары датчиков. Можно ли усовершенствовать нашу программу? Безусловно! Например, используя программный блок "Случайное значение" "Красной палитры" , изменить алгоритм поиска соперника таким образом, чтобы задавать случайное вращение робота влево или вправо, тем самым, дезориентируя соперника. Попробуйте самостоятельно встроить в нашу программу этот дополнительный код. Подумайте так же над тем, какие изменения нужно внести в прорамму, в случае проведения соревнования на черном ринге с белой границей. Возможно, что у вас появятся собственные идеи улучшения: поделитесь ими в комментариях к уроку!

Привет, Geektimes!

Вступление

Мы давно все знаем о том, что роботы это наше будущее. Существует очень много направлений робототехники. Военные разработки, социальные, развлекательные и просто рабочие роботы.
Но в этот раз я хочу поведать от лица команды Колледжа при МИРЭА о соревновательной составляющей, а в точности про роботов сумоистов.

Немного о нашей команде

Существуем мы с 2014 года. Победители и призеры большинства соревнований Робофинист, Робофест, Спартакиады МФТИ и более мелких турниров, а также являемся абсолютными чемпионами России на 2016-2017 год в номинации мини-сумо.

Кто такие вообще эти роботы сумоисты?

Изначально, когда мы только узнали о таких соревнованиях, сумоистов делали преимущественно из лего. Но это довольно плохая идея, об этом далее.

На данный момент правильный сумоист описывается очень просто: полностью автономный кусок железа на колесах, с мозгами и парой датчиков, который выбивает похожий кусок железа за пределы ринга.

Бывает их 4 вида:

1. Мега-сумоист
2. Мини-сумоист
3. Микро-сумоист
4. Нано-сумоист

Все отличаются не только внешне, но и внутренне.

Мега - самые большие и опасные роботы. Максимальный вес до 3 кг, возможность ставить различные «присоски», чего не разрешается делать с другими роботами.

Мини - приятные, небольшие роботы до 500 грамм 10 на 10 см. Не сложны в пайке, удобны в настройке и сборке. Являются самой популярной номинацией в сумо.

Микро и нано - уменьшенные копии мини. Микро 5 на 5 на 5, нано 2,5 на 2,5 на 2,5. Трудно паять и подбирать детали. Популярнее, чем мега-сумо.

Из чего они состоят?

Вернемся к лего. Скорее всего, многие из вас пробовали что-то делать с программируемым конструктором лего, ну или хотя бы видели как это делается. Существует даже отдельная номинация для таких роботов 15 на 15, но на ужасно скучная и подойдет только для совсем начинающих или маленьких робототехников. В сравнении с самодельными образцами этот проигрывает во всем, кроме сложности сборки.

Во-первых это низкая скорость. Во-вторых огромные размеры. В третьих низкая скорость отклика датчиков. А также сам контроллер оставляет желать лучшего.

Подробнее о сборке и комплектации

Сумоисты, которые составляют конкуренцию делают на arduino. Используют текстолитовые платы, припаивая на нее датчики, контроллер, драйвер и пр. Также стоит широкий выбор датчиков для обнаружения противника, но использовать стоит инфракрасные или лазерные, т.к. сонары очень медленные и громоздкие. Конечно, необходимы движки и колеса, чтобы робот мог передвигаться. Ставить их можно неограниченное количество, но практика показывает, что лучше всего робот ездит на двух колесах размещенных сзади. И, конечно, робот не может жить без ковша и подцепа. Ковш это просто корпус, обертка и защита платы и элементов. Чаще всего стальной или железный. Подцепы же делают из лезвий для канцелярских ножей, но встречаются экземпляры с нестандартным подходом, например, заточенная деревянная линейка или вата, но толку от такого подхода мало.

Сложнее всего (помимо программирования) спроектировать робота.

Первый этап

Это что называется, самый первый этап - размещение движков и датчиков. Вы также можете наблюдать здесь два небольших датчика перед самым подцепом, так вот это датчики линии.

Они используются для обнаружения белой полосы на полигоне, чтобы избежать случайного падения за пределы ринга, но не являются обязательным компонентом и на деле используются не очень часто. Высокие скорости зачастую не позволяют вовремя остановиться.

Второй этап

А здесь уже нанесены контроллер, драйвер, выключатели и разъем для аккумуляторов.
Останется только распечатать трассировку и перенести на текстолитовую плату, а затем пролудить дорожки.

Вот как это выглядит на готовой плате:

Готовая плата

Готовый к запуску робот:

Как видите, ничего особо сложного здесь нет. О проблемах далее.

Перейдем к программированию

Проще всего использовать контроллеры arduino или arduino-совместимые. Также, Arduino IDE нам в помощь. По стандартной схеме у робота 5 датчиков. Значит состояний может быть

Мы исключаем ситуацию, когда боковые датчики одновременно видят противника (т.к. такого не может быть, а если происходит, значит есть неисправность в одном из датчиков), а также ситуацию, при которой боковой и два передних датчика выдают 0 (т.е. видят), т.к. такого тоже не может быть или шанс слишком мал.

Чтобы заставить его поехать на противника нам достаточно установить пины, подать напряжение на моторы и считать показания датчиков:

Код робота

// Установка пинов для датчиков int pin_left=10; int pin_center_left=11; int pin_center_right=4; int pin_center=12; int pin_right=7; // Пины на моторы int pin_motor_left_forward=9; int pin_motor_left_back=6; int pin_motor_right_forward=3; int pin_motor_right_back=5; // Переменные для хранения результата опроса датчиков int cl,cc,cr,l,r; // Функция для опроса датчиков void GLAZ() { cl = digitalRead(pin_center_left); cc = digitalRead(pin_center); cr = digitalRead(pin_center_right); l = digitalRead(pin_left); r = digitalRead(pin_right); } // Функция движения, принимающая скорости от 0 до 255 для подачи на каждый мотор void MOVE(int a, int b) { if(a<0) { digitalWrite(pin_motor_left_forward,LOW); analogWrite(pin_motor_left_back,0-a); } else { analogWrite(pin_motor_left_forward,a); digitalWrite(pin_motor_left_back,LOW); } if(b<0) { digitalWrite(pin_motor_right_forward,LOW); analogWrite(pin_motor_right_back,0-b); } else { digitalWrite(pin_motor_right_back,LOW); analogWrite(pin_motor_right_forward,b); } } void setup() { pinMode (pin_center,INPUT);//центральный pinMode (pin_right, INPUT);//правый датчик pinMode (pin_left,INPUT);//левый датчик pinMode (pin_center_right, INPUT);//передний правый датчик pinMode (pin_center_left,INPUT);//передний левый датчик pinMode (pin_line_left, INPUT); pinMode (pin_line_right, INPUT); pinMode (pin_start,INPUT);//старт pinMode (13,OUTPUT);//старт digitalWrite(13,HIGH); pinMode (pin_motor_left_back, OUTPUT);//мотор лево назад pinMode (pin_motor_right_forward, OUTPUT);//мотор право вперед pinMode (pin_motor_right_back, OUTPUT);//мотор правый назад pinMode (pin_motor_left_forward,OUTPUT);//мотор лево вперед // ожидание сигнала к началу схватки while(!digitalRead(pin_start))continue; MOVE(200,200); } void loop() { GLAZ(); if(l && r) { if((cl + cc + cr) < 2 || !cc){ MOVE(255,255); } if(cc) { if(!cl && cr) MOVE(0-180,180); if(cl && !cr) MOVE(180,0-180); } } else if(cc + cr + cl == 3) { if(!l && r) MOVE(0-200,200); if(!r && l) MOVE(200,0-200); } else if(cc) { if(!l && !cl && cr && r) MOVE(0-150,150); if(l && cl && !cr && !r) MOVE(150,0-150); } if(!digitalRead(pin_start))while(1){MOVE(0,0);} }

Вам остаётся только совершенствовать код.

Важно!
Датчики возвращают 1, если ничего не видят, и 0, если есть препятствие.

После загрузки кода по usb робот готов соревноваться.

Стоит учесть

Во-первых, это элементы. Датчики, которые мы используем (sharp 340) встречаются довольно редко или не встречаются вовсе. Поэтому если есть возможность, то брать нужно сразу много или найти подходящий по параметрам аналог.

Во-вторых, нельзя наносить никаких критических повреждений роботу противника или использовать например, магниты, для подцепа. Это слегка ограничивает нас в выборе средств для борьбы.

Также не стоит забывать про колеса. Кривые, тонкие и скользящие не подойдут, вы просто не сможете маневрировать и момента силы не хватит. Обязательно тестируйте резину.

При работе с движками учитывайте, что работать им придется под максимальной нагрузкой и гореть они будут довольно часто.

Также имеет смысл делать съемные аккумуляторы, т.к. разряжается робот довольно быстро, а заряжается долго.

Список необходимых покупок:

1. Паяльник, припой, флюс (по выбору)
2. Текстолитовые платы (чтобы протравить, вам надо закрыть все дорожки, затем поместить это все в раствор перекиси водорода + лимонной кислоты + соли на несколько часов, а потом содрать, бумагу, например, под которой прятали дорожки)
3. Датчики sharp 340
4. Движки, выбирайте по вкусу, чем больше оборотов в минуту, тем лучше.
Выбирать стоит что-то из этого: polulu. (добавлено)
5. Аккумуляторы (советую брать литий-полимерные) + зарядная станция
6. Ключ (кнопка выключателя, припаивается на плату) и электрические элементы (есть на картинке с трассировкой)
7. Драйвер
8. Контроллер, для начала можно попробовать Polulu A-Star 32u4 micro и залить туда загрузчик ардуино
9. Лист металла для корпуса
10. Бурмашинка для дырок в плате
11. Пульт запуска и к нему стартовый модуль
P.S. Если что-то упустил - пишите, исправлю.

Соревнования

Ближайшие соревнования будут проходит в Питере, Робофинист, поэтому сейчас мы к ним усиленно готовимся и, если вы захотите принять участие, то делать нужно все четко и быстро.

Но соревнования эти не единственные, по России их достаточно много, наиболее крупные проводятся в Москве. Примерно раз в месяц-два вы можете испытать счастье и посоревноваться.

Такие соревнования за границей не редкость и мы туда тоже хотим попасть. Вот приблизительная карта соревнований по миру: Добавить метки

9-10 ноября 2018 года

Дата: 9-10 ноября 2018 г.
Место проведения: МИРЭА, Москва, просп. Вернадского, д. 78.

• 09.11.2018 - выставка роботов в МИРЭА
• 10.11.2018 - cоревновательный день

Начало: 10:00
Окончание: 18:00
Информируем вас, что Всероссийская Спартакиада Роботов состоится 9-10 ноября 2018 г. в Москве на традиционной площадке МТУ МИРЭА.
Соревнования ежегодно проходят с 2012 года и традиционно собирают до 300 спортсменов из различных регионов России.
Спартакиада объединяет в себе чемпионаты России по Спортивной робототехнике и в 2018 году включает в себя 12 дисциплин для начинающих, продолжающих и опытных спортсменов.

Спартакиада является открытыми соревнованиями и не имеет ограничений ни по возрасту, ни по стране участника, а также нет ограничений на количество роботов от одной команды.

Часто задаваемые вопросы:

• Может ли один руководитель привезти несколько команд?

  Да, но он является ответственным на площадке за всех своих членов команд, так что оценивайте свои силы реально.

• Может ли капитан быть в нескольких командах?

  Да, но он является ответственным за запуск робота на соревнованиях. Если вы участвуете в нескольких дисциплинах, то необходимо что они у капитана не пересекались.

• Возможно ли участие Лего роботов в Сумо дисциплинах?

  Все роботы Микро, Мини и Мега обязательно должны быть оснащены Старт-Стоп модулями, поэтому Лего роботы в данных дисциплинах участвовать не могут. Стартовые модули есть в наличии, тем кому нужны заранее зарезервируйте их для себя.
  Роботы Нейро-Сумо запускаются без Старт-Стоп модуля, поэтому Лего роботы в данной дисциплине участвовать могут.

• Может ли один робот участвовать в нескольких дисциплинах по линии?

  Нет, один робот может участвовать только в одном типе линии, команде нужно определиться на каком уровне она готова к участию. Линия 50мм ТОЛЬКО образовательные конструкторы, 30мм все вперемешку, а в 15мм участвуют самые скоростные роботы страны.

• Когда будут окончательные списки участников?

  Традиционно команды предпочитают регистрироваться в последнюю неделю. Регистрация зарывается вечером 6 ноября и 7 утром будет полный список. В связи с высокой нагрузкой списки участников с 26.10 по 04.11 обновляться не будут.