Сообщение по информатике 8 класс на тему кегельринг

Обновлено: 30.06.2024

Раздел "Практика" являет собой продолжение курса "Первые шаги". На протяжении ряда уроков мы разберем решение базовых задач робототехники., научимся получать и обрабатывать информацию от нескольких датчиков. Надеемся, что полученные знания помогут вам в дальнейшем при самостоятельном решении творческих и соревновательных задач.

Урок №11 посвятим разбору соревновательной дисциплины под названием "Кегельринг".

11.1 Правила соревнования. Подготовка поля для проведения соревнований.

Основные правила "Кегельринга" довольно просты: необходимо собрать и запрограммировать робота, который выталкивает кегли за пределы ринга. Кеглями, как правило, выступают жестяные банки емкостью 0,33 л, а роль ринга выполняет белое поле, ограниченное черной окружностью с шириной линии 50 мм. С одним из вариантов регламента проведения соревнования можете ознакомиться под спойлером ниже:

Итак: для проведения соревнования нам понадобится поле, точно такое же, которое мы использовали при решении Задачи №12 Урока №6 курса "Первые шаги". Вы можете скачать макет подходящего поля на странице "Макеты полей для тренировки и соревнований" нашего сайта, а затем распечатать его в цифровой типографии на баннерной ткани, либо изготовить поле самостоятельно, используя плакатную бумагу подходящего размера, большой циркуль, линейку и черную тушь.

Жестяные банки лучше всего обклеить по периметру самоклеящейся бумагой (нам понадобятся 2 - 4 банки белого цвета и столько же - черного).

Реквизит для урока готов!

11.2 Конструирование робота для конкретного вида соревнования.

На первоначальном этапе решения задачи давайте сделаем пару маленьких допущений: не будем обращать внимание на удовлетворение требования к размерам нашего робота, ограничимся поиском и выталкиванием всего одной кегли.

Наступает важный этап моделирования робота - перед нами стоят две взаимосвязанных задачи:

Разработка ключевого алгоритма поведения нашего робота;
Разработка механической конструкции робота, позволяющей реализовать требуемое поведение.

Рассмотрим следующую поведенческую модель:

Следовательно, наш робот должен:

уметь вращаться на месте вокруг своей оси;
уметь двигаться прямолинейно;
уметь обнаруживать предмет, удаленный на некоторое расстояние;
уметь обнаруживать границу поля.

Данные требования диктуют нам условия конструкции робота:

для реализации первых двух условий применим уже известную нам подвижную платформу, использующую два больших мотора и вращающуюся опору (робот-тележка);
для обнаружения кегли воспользуемся одним из имеющихся в наличии датчиков: инфракрасным или ультразвуковым;
границу поля нам поможет обнаружить датчик цвета.

Всем условиям в полной мере отвечает наш робот, которым мы пользовались, когда проходили курс "Первые шаги".

Lego mindstorms EV3 Home

Lego mindstorms EV3 Education

Вы можете воспользоваться предложенной инструкцией или собрать собственного робота, отвечающего определенным нами требованиям к его конструкции. В процессе сборки конструкции не забудьте подключить моторы и датчики к модулю EV3: левый мотор - к порту "B", правый мотор - к порту "C", ультразвуковой или инфракрасный датчик - к порту "2", датчик цвета - к порту "3".

После сборки робота приступим к созданию программы.

11.3 Создание программы для соревнования "Кегельринг".

Подробно пропишем последовательность действий нашего робота для обнаружения одной кегли на поле:

вращаться вокруг своей оси по часовой стрелке, пока впереди расположенный датчик не обнаружит кеглю;
остановиться напротив кегли;
двигаться вперед, пока датчик цвета не обнаружит черную границу поля;
остановиться;
двигаться назад в центр поля.

Приступим к реализации и отладке п. 1, 2 - научим нашего робота обнаруживать кеглю и останавливаться точно напротив. Сначала нам необходимо выбрать пороговое значение для обнаружения кегли напротив нашего робота. Для этого загрузим среду программирования, создадим новый проект - "lessons-2", новую программу в проекте назовем "lesson-11". Подключим робота к среде программирования, затем установим его точно в центр поля, поставим напротив робота кеглю.

В нашем случае ультразвуковой датчик в режиме "Расстояние в сантиметрах" показывает значение - 25,9 (Рис. 1 поз. 2).

Рис. 1

Инфракрасный датчик в режиме "Приближение" показывает значение - 48 (Рис. 2 поз. 2)

Рис. 2

Теперь мы можем запрограммировать нахождение роботом кегли:

Ультразвуковой датчик

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. 5 поз.1),
Для поиска кегли используем программный блок "Ожидание""Оранжевой палитры" в режиме "Ультразвуковой датчик - Сравнение - Расстояние в сантиметрах". Для гарантированного нахождения увеличим пороговое значение срабатывания датчика до 35(Рис. 5 поз. 2)
После того, как робот окажется напротив кегли, используя программный блок "Независимое управление моторами""Зеленой палитры" выключим моторы (Рис. 5 поз. 3).

Рис. 5

Инфракрасный датчик

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. 6 поз.1),
Для поиска кегли воспользуемся программным блоком "Ожидание""Оранжевой палитры" в режиме "Инфракрасный датчик - Сравнение - Приближение". Для гарантированного нахождения увеличим пороговое значение срабатывания датчика до 55(Рис. 6 поз. 2)
После того, как робот окажется напротив кегли, используя программный блок "Независимое управление моторами""Зеленой палитры" выключим моторы (Рис. 6 поз. 3).

Рис. 6

Загрузим получившуюся программу в робота и запустим её на выполнение. Раз за разом, выполняя программу, мы можем заметить, что наш робот останавливается не совсем точно напротив банки. Связано это с тем, что датчик может обнаруживать предмет не только строго напротив себя, а и на некотором отклонении от направления взгляда датчика. В этом случае можно, либо после остановки робота немного довернуть его на необходимый угол, используя дополнительный блок "Независимое управление моторами", либо постепенно увеличивать скорость вращения, подбирая параметр мощность (Рис. 5, 6 поз. 1), пока робот не станет останавливаться точно напротив кегли. Например, нам потребовалось увеличить мощность до 50 единиц для робота, собранного из образовательной версии набора, и до 40 единиц для робота, собранного из домашней версии набора.

Переходим к реализации п. 3, 4 нашей последовательности действий.

Двигаться вперед и останавливаться при пересечении черной линии мы уже научились, когда разбирали Задачу №11 Урока №6 курса "Первые шаги". Установим робота таким образом, чтобы датчик цвета находился точно над черной границей поля и измерим его значение в режиме "Яркость отраженного света" любым удобным вам способом, рассмотренным выше. В нашем случае получилось значение, равное 7. В качестве порогового значение примем число 10.

Добавим к нашей программе обнаружения кегли следующие программные блоки:

Для того, чтобы заставить робота двигаться прямолинейно, воспользуемся программным блоком "Рулевое управление""Зеленой палитры". Режим работы блока установим "Включить", параметр "Рулевое управление " = 0, параметр "Мощность" = 50. (Рис. 7 поз. 1)
Для поиска датчиком цвета черной границы воспользуемся программным блоком "Ожидание""Оранжевой палитры" в режиме "Датчик цвета - Сравнение - Яркость отраженного сигнала", параметр "Тип сравнения" = 4, параметр "Пороговое значение" = 10. (Рис. 7 поз. 2)
После того, как робот пересечет черную линию, используя программный блок "Рулевое управление""Зеленой палитры" выключим моторы (Рис. 7 поз. 3) .

Рис. 7

Наш робот научился успешно находить и выталкивать кеглю, но текущая конструкция не позволяет роботу уверено её фиксировать при транспортировке за пределы поля. Давайте немного доработаем конструкцию робота, прикрепив к нему клешни, которые увеличат ширину захвата и позволят прочно удерживать кеглю. На переднем бампере робота слева и справа закрепите детали, как показано на рисунках ниже:

Lego mindstorms EV3 Home

Lego mindstorms EV3 Education

Теперь наш робот просто отлично справляется со своей работой! Осталось только научить его возвращаться в центр круга.

Рис. 8

Программный блок "Вращение мотора" "Желтой палитры" позволяет получать и обрабатывать это значение в программе. Режим "Сброс" программного блока "Вращение мотора" устанавливает нулевое значение датчика и отсчет оборотов начинается сначала. (Рис. 9)

Рис. 9

Воспользуемся этой возможностью: если мы сбросим показание одного из датчиков моторов в 0 (в данном случае можно обнулить значение любого из моторов "B" и "C", ведь робот поедет прямо, а значит оба колеса провернутся на одинаковое значение), то после остановки робота над черной линией, можно будет получить значение датчика в "Градусах" или "Оборотах" и, подав его на вход соответствующего параметра блока "Рулевое управление", заставить робота проехать точно такое же расстояние. А для того, чтобы робот двигался назад, необходимо изменить значение параметра "Мощность" на отрицательное значение.

Внесем необходимые изменения в нашу программу:

Перед началом движения вперед сбросим в 0 показания датчика вращения мотора, подключенного к порту "B"(Рис. 10 поз. 1).
После остановки на черной границе поля считаем расстояние, пройденное мотором "B" в градусах (Рис. 10 поз. 1).
Полученное значение подадим в параметр "Градусы" программного блока "Рулевое управление", значение параметра "Мощность" = -50(Рис. 10 поз. 1)!

Рис. 10

Загрузим получившуюся программу в робота и убедимся, что робот нашел кеглю, вытолкал её за пределы поля и вернулся в центр поля!

Для того, чтобы заставить нашего робота выталкивать требуемое количество кеглей, все наши программные блоки поместим внутрь программного блока "Цикл" "Оранжевой палитры". Режим программного блока "Цикл" установим в значение "Подсчет", параметр "Подсчет" установим равным количеству кеглей (Рис. 11, 12 поз. 1) Для удобства отображения на экране нам пришлось оформить программу в две строки - вы же вполне можете сложить её в одну строку.

Рис. 11

Рис. 12

Программа готова!

11.4 Соревнование "Кегельринг" с дополнительм условием

На сайте myROBOT.ru опубликованы еще два регламента проведения соревнования "Кегельринг": "Кегельринг-КВАДРО" и "Кегельринг-МАКРО". Основное условие - необходимо выталкивать за пределы поля белые кегли, оставляя на месте черные.

Как научить робота на расстоянии определять цвет кегли? Можно впереди, по ходу движения робота расположить еще один датчик цвета и, приблизившись к кегле на расстояние 1 - 2 см, определить её цвет, теряя при этом драгоценное время, отведенное на выполнение задания. Но, если вы внимательно изучили п. 8.2 Урока №8 курса "Первые шаги", то уже знаете, что на показания инфракрасного датчика в режиме "Приближение" влияет также цвет предмета. Проведем эксперимент: установим робота с инфракрасным датчиком в центр поля, напротив поместим белую кеглю и зафиксируем показания датчика. В нашем случае это значение равно 49. Теперь напротив робота установим черную кеглю - показание датчика изменилось и теперь, не смотря на одинаковое расстояние, составляет 64. Следовательно, для успешного обнаружения белых кеглей и игнорирования черных, необходимо выбрать в качестве порогового - значение, находящееся между этими числами. Число 55 полностью удовлетворяет этому условию. Нам даже не придется переделывать основной алгоритм программы! Попробуйте и убедитесь в этом сами!

К сожалению, решить данную задачу с использованием только ультразвукового датчика, не представляется возможным.

Заключение:

При решении практической задачи робототехники успех приходит только при многократном тестировании робота. В процессе тестирования возможно возникновение ситуации, когда вам потребуется вносить изменения не только в программу, но и конструкцию робота. Не бойтесь экспериментировать, не бойтесь ошибаться. Вдумчивый анализ ошибок обязательно принесет вам положительный результат! Удачи!

Кегельринг — это один из видов соревнований в робототехнике. Цель робота — вытолкнуть кегли с ринга за минимальное время. Именно поэтому вид соревнований и называется кегельринг (кегли + ринг).
Существует несколько разновидностей кегельринга:
— с фиксированным расположением кеглей
— с распознованием цвета кеглей (нужно вытолкнуть не все кегли, а только кегли определенного цвета)
Мы же придумали свой вид соревнований в кегельринге. Сделано это по нескольким причинам:
1) чтобы робот был более универсальным и мог находить кегли независимо от позиции кеглей на ринге и стартовой позиции робота;
2) чтобы расширить аудиторию участников и позволить соревноваться на равных тем, у кого есть домашние версии наборов LEGO Mindstorm;
3) чтобы увеличить зрелищность соревнований как для участников, так и для зрителей.
Итак, особенностью наших соревнований является набор разных позиций. Примеры некоторых позиций:

Какие именно позиции будут использоваться решается случайным образом перед началом соревнований.
Общее количество позиций зависит от количества участников. Каждая попытка имеет результат — это среднее время, понадобившееся роботу для выталкивания одной кегли. Длительность попытки 30 секунд. Если во время своей попытки робот вышел за пределы ринга, то попытка не засчитывается.
Соревнования проходят в два тура. Все участники выполняют попытки первого тура, результат всех попыток первого тура суммируется и половина команд с лучшей суммой проходит во второй тур.
Во втором туре используются уже другие позиции и результаты считаются независимо от первого тура.
Кегли — один из обязательных атрибутов кегельринга, однако мы предлагаем использовать не только классические кегли, но и любые предметы, которые подходят по форме и весу: жестяные банки, городки, столбики из лего. Главное, чтобы предметы были устойчивыми и чтобы датчики робота могли их обнаруживать. В своих соревнованиях мы используем следующие предметы.

Мы разработали приложение под андроид, которое содержит возможные стартовые позиции и может быть использовано:
1) для подготовки к соревнованиям, отладки роботов и алгоритмов
2) для проведения непосредственно соревнований, так как содержит специальный судейский секундомер.

Мы будем рады любым замечаниям и предложениям относительно приложения, которые помогут нам улучшить его и сделать более удобным.

Вы можете изучить и скачать доклад-презентацию на тему Кегельринг. Презентация на заданную тему содержит 13 слайдов. Для просмотра воспользуйтесь проигрывателем, если материал оказался полезным для Вас - поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте наш сайт презентаций в закладки!

Движение в круге Робот с датчиком освещенности движется в круге При наезде на черную линию робот отъезжает и разворачивается

Движение в круге – модель робота Расположение датчика на борту робота Высота датчика над полем – около 10 мм

Движение в круге по звезде Робот движется до черной линии Затем возвращается в центр и делает поворот на 45º Повторяет 8 раз

Изготовление кеглей Половина листа А4 белой бумаги Жестяная банка 0,33 л Двусторонний скотч Скотч наклеивается вертикально на банку Бумага оборачивается один раз

Бампер для выталкивания кеглей Бампер защищает колеса, увеличивает охват Ширина бампера не менее колеи робота, но не более 20 см

Точные движения по энкодеру Сброс (обнуление) энкодера в центре круга Возвращение в нулевое положение энкодера Поворот на месте по энкодеру

Обнаружение кегли по датчику Вместо поворота по энкодеру можно ожидать появление кегли Датчик расстояния на 2 порте

Как задать сложное условие? По правилам кегельринга робот должен остановиться, когда вытолкнет все кегли Чтобы робот определил, что вытолкнул все кегли, он может сделать один контрольный поворот на 360º (239*4 по энкодеру) Условия соединяется sensor2>45 and encoderB

Как остановить основной цикл? Чтобы робот остановился, после контрольного поворота, в начале создайте цикл с условием по энкодеру (на 239*4 градусов)

Кегельринг роботов является популярной категорией соревнований особенно у начинающих робототехников. Они вызывают огромный интерес и много эмоций у участников.

кегельринг роботов EV3

Как правило кегельринг проводится для младшей категории детей от 10 до 12 лет. Для того, чтобы конкуренция была одинаковой идет еще и разделение по самым распространенным робототехническим наборам. То есть отдельно проводятся соревнования, например, по кегельрингу для роботов Lego EV3 и отдельно для роботов, собранных на базе контроллера Arduino.

В этой статье я расскажу о том, как написать программу для кегельринга роботов на основе робототехнического набора Lego Mindstorms EV3. Прежде чем приступить к написанию управляющей программы нужно внимательно изучить условия проведения соревнований.

Кегельринг роботов проводится практически во всех областях России и условия проведения соревнований могут немного отличаться друг от друга. В качестве примера приведу один из регламентов проведения состязаний.

Требования к роботу

Робот может быть собран только из деталей и датчиков робототехнического набора Lego и включать в себя любое число контроллеров Lego. Ширина и длина робота не более 25 сантиметров. По высоте робот не ограничен. Робота не должен весить более одного килограмма. Удаленное управление роботом недопустимо, робот должен быть автономным.

кегельринг Lego EV3

Выталкивание кеглей должно производиться только корпусом робота без использования любых приспособлений таких как акустические, пневматические, вибрационные и т.д. Клейкие устройства для собирания кеглей, закрепленные на корпусе робота запрещены.

Требования к полигону

Полигон является рингом белого цвета с диаметром 1 метр, ограничительная линия черного цвета шириной 5 сантиметров.

полигон для соревнований

Требования к кеглям

Кегли являются пустыми жестяными банками 330 миллилитров, диаметром 70 миллиметров и весом не более 50 грамм. Кегли должны быть белого цвета. Их можно окрашивать или обтягивать ватманом.

Условия проведения состязаний

Перед началом соревнований на полигоне размещают от 6 до 8 кеглей. Робот располагается в центре полигона. За время поединка робот должен вытолкнуть максимальное количество кеглей и не выйти за пределы ринга. Когда робот вытолкнул все кегли за ограничительную линию ринга, поединок останавливается и время фиксируется.

Попытка не будет засчитана если робот не сможет вытолкнуть все кегли. Выигравшим считается робот, который вытолкнул все кегли за минимальное время. На очистку полигона от кеглей дается 2 минуты. Во время проведения соревнований игроки не должны касаться роботов, кеглей или ринга.

Правила игры

Робот устанавливается точно в центре площадки. Кегли располагают внутри окружности ринга равномерно расставляют. Количество кеглей от шести до восьми и их ставят не ближе 5 сантиметров от черной ограничивающей линии. Устанавливает робота и расставляет кегли судья соревнований.

После того как кегли расставлены по команде судьи участник состязания включает своего робота. Затем в работу робота нельзя вмешиваться. На выполнение попытки дается не более 2-х минут. Если робот вытолкнул все кегли, то соревнование останавливается и фиксируется время.

запуск программы

Робот, выполнивший попытку за минимальное время, становится победителем. Если робот за назначенное время не смог выбить все кегли, то данная попытка не идет в зачет. Всего разрешено две попытки. Из двух попыток берется минимальное время.

Если кегля никакая частью не располагается внутри черного ограничивающего круга, то она считается вытолкнутой. Когда кегля покинула ринг один раз, ее считают вытолкнутой и кеглю разрешается снять с полигона если она закатится обратно. Дистанционное управление роботом или подача любых команд запрещены и ведут к дисквалификации команды.

Программа для кегельринга

Изучив регламент состязаний можно приступать к написанию программы. Установим на робота три датчика: датчик касания, ультразвуковой датчик и датчик цвет. Также нам необходимы два больших мотора. Левый мотор соединяем с портом B, правый с портом C.

Датчик касания нужен для запуска программы устанавливаем в первый порт. Ультразвуковой датчик необходим для определения месторасположения кегли устанавливаем во второй порт. Датчик цвета, который определяет черную линию и не дает роботу покинуть пределы ринга соединяем с третьим портом.

создание проекта в редакторе Lego EV3

программный блок ожидания

Основная программа будет состоять из бесконечного цикла внутри которого будут размещаться еще два цикла и другие блоки программирования. В первом цикле помещаю блок рулевого управления, настроенный на поворот на месте. Робот поворачивается на месте до тех пор, пока не увидит кеглю.

Скорость поворота определяется так, чтобы у робота не было большой инерции. Для начала установим мощность 30 единиц, затем подстроим перед соревнованиями на ринге при испытании роботов. После этого программа выходит из цикла и ставим блок остановки моторов.

поворот на месте

Так как радиус ринга 50 сантиметров, кегли располагаются приблизительно в 5 сантиметрах от черной ограничивающей линии, сама кегля имеет диаметр 7 сантиметров, и сам робот имеет размеры не более 25 сантиметров, то расстояние, на котором ультразвуковой датчик может увидеть кеглю определю в 35 сантиметров. Расстояние нужно также отрегулировать на полигоне опытным путем.

В следующем цикле также ставим блок рулевого управления на движение вперед со скоростью 50. Скорость нужно подбирать для каждого робота индивидуально. В этом цикле робот едет вперед до тех пор, пока не увидит черную линию. При этом за пределы круга выталкивается кегля. Затем также выходим из цикла и останавливаем моторы.

выбивание кегли с полигона

Теперь роботу необходимо вернуться в центр полигона. Так как радиус ринга 50 сантиметров, то ставим блок рулевое управление со скорость минус 50 условных единиц приблизительно на два оборота. Робот едет назад в центр ринга, но количество оборотов также надо подстроить на практике для каждого диаметра колес индивидуально.

Затем цикл повторяется, и робот продолжает искать и выталкивать кегли. Цикл в этом случае бесконечный. Если нужно, то можно задать ограниченное количество циклов. Это только один из вариантов программы.

создание программы

Читайте также: