robootika kokkupressitult

Archive for the ‘joonejärgimine’ Category

Robotex 2011 joonejärgimisvõistlus

Joonejärgimisrobotid

2011 aastal toimub esmakordselt Robotexi ajaloos võistlus kahes kategoorias. Uutele robootikahuvilistele, põhikooli- ja gümnaasiumiõpilastele on jõukohasemaks osavõtuks kavas maha pidada robotite joonejärgimisvõistlus. Tegu on maailmas laialt levinud robotite võistlusalaga, kus robotid võistlevad valgele väljakule musta joonega märgitud raja kiiremini läbimise peale. Robotid, mis mööda joont sõita oskavad, on oma tööpõhimõttelt üpris lihtsad ja algajale väga heaks proovikiviks. Et esimest sammu kergem astuda oleks ja Robotexile osalema tulla julgeks, annab käesolev artikkel lühiülevaate joonejärgimisroboti ehitusest.

Väljak, millel joonejärgimisrobotid sõidavad on tavaliselt sile valge kattega linoleum, papp, puit või muu piisavalt tugev materjal. Väljakule on trükitud või värvitud 10 kuni 15 mm laiune must joon. Joone võib teha ka musta isoleerteipi väljakule kleepides. Rada, mille joon moodustab on tavaliselt mõne meetri pikkune ning seda on käänakute ja ristmikutega keerulisemaks, ehk põnevamaks tehtud. Käänakute puhul on tihti ka reeglites ära märgitud nende minimaalne pöörderaadius – sellest sõltub põhimõtteliselt see, kui kiireks robotit võimalik teha on. Robotite suurused aga võivad olenevalt reeglitest varieeruda tikutopsist kuni ämbrini välja.

Kuidas siis robot ikkagi mööda joont sõita oskab? Selleks on vaja kahte asja – mootoreid, mis võimaldavad robotil sõita ja pöörata, ning jooneandureid mis joont detekteerivad ehk “näevad”. Tavaliselt kasutatakse joonejärgimisrobotitel ja paljudel muudelgi robotitel kahte paralleelset mootorit millest üks veab ringi vasakut ja teine paremat ratast. Sarnane diferentsiaalne pööramislahendus on kasutusel ka tankil. Kui mõlemad mootorid töötavad sama kiirusega, liigub robot sirgelt, kui erineva kiirusega, siis robot pöörab sõites. Kui mootorid töötavad vastassuundades, saab robot ka kohapeal pöörata. Kuna joonejärgimisülesandes robotil tavaliselt kohapeal pöörata pole vaja saab kasutada ka Ackermani, ehk tavalist sõiduauto moodi, pööramist. Viimasel juhul saab joonejärgimisroboti teha suvalisest mänguautost.

Jooneandurid on optilised andurid mis mõõdavad valguse intensiivsust. Teadupärast valge pind peegeldab rohkem valgust ja must vähem. Kui jooneandurid on väljaku pinnale piisavalt lähedal, on nende abil võimalik kindlaks teha, kas nende alla jääb väljaku valge pind või must joon, ehk põhimõtteliselt jooneandur “näeb” joont. Jooneandurid on reeglina nööpnõelapea suurused elektroonikakomponendid ja roboti põhja all jäävad nad väljakust umbes 3 mm kõrgusele. Et päevavalgus andureid ei segaks kasutatakse jooneanduritena enamasti hoopis infrapuna spektripiirkonnas töötavaid andureid ning, et väljakult oleks midagi peegelduda, siis ka infrapunavalgust kiirgavaid dioode. Tihti ongi infrapuna valgusdiood ja andurina kasutatav infrapuna fototransistor integreeritud ühte kompaktsesse elektroonikakomponenti.

Joonejärgimisrobotite algoritm võib olla väga lihtne. Selleks, et edukalt rada läbida piisab robotile kahest jooneandurist. Need kinnitatakse roboti esiosa alla, üks vasakule nurka, teine paremale. Sedasi ehitatud robot suudab võistelda programmikoodiga, mis annab robotile algul otsesuunalise liikumiskiiruse ja vastavalt jooneanduritelt saadud tagasisidele pöörab robotit nii, et joon jääks alati roboti alla, kahe anduri vahele. Kui vasak jooneandur näeb joont, peab robot kiirendama paremat või pidurdama vasakut mootorit – selle tulemusena pöördub robot ka vasakule, joone kohale. Kui joont näeb parempoolne andur, peab robot kiirendama vasakut või pidurdama paremat mootorit, mille tulemusena pöördub robot paremale. Niisugune lihtne algoritm on võimeline üpris kiiresti ja töökindlalt läbida enamiku joonejärgijate radadest. Tavaliselt kipub lihtsa algoritmiga ja väheste anduritega robot siiski raja peal pendeldama – et seda vältida kasutatakse keerulisemaid algoritme, näiteks PID regulaatorit, mis pöörab robotit täpselt niipalju kui vaja. Paremad algoritmid vajavad ka rohkem jooneandureid, 3 kuni 5 või isegi rohkem, et täpsemalt ja sujuvamalt robotit juhtida.

Joonejärgijad robotid ongi nii populaarsed oma lihtsuse tõttu, aga huvitavad seetõttu, et erinevaid võimalusi seda lihtsate reeglitega ülesannet lahendada on väga palju.

Mikk Leini ja Tiit Rätsep, TTÜ Robotiklubi MTÜ

Advertisements

Sildipilv