Журнал LinuxFormat - перейти на главную

LXF156:Робот на экране

Материал из Linuxformat
Перейти к: навигация, поиск
Подписка на печатную версию
Весь 2015 год (12 номеров)
Первое полугодие (6 номеров)
Второе полугодие (6 номеров)
Подписка на электронную версию
Весь 2015 год (12 номеров)
Первое полугодие (6 номеров)
Второе полугодие (6 номеров)
Подшивки старых номеров журнала (печатные версии)
Весь 2014 год (12 номеров)
Первое полугодие (6 номеров)
Второе полугодие (6 номеров)

Содержание

Ро­бот на эк­ра­не. Дви­же­ние и управ­ле­ние

Шко­ла LXF

Обмен опытом и передовые идеи по использованию свободного ПО в образовании

Ро­бо­то­тех­ни­ка в шко­ле – до­ро­гое и очень слож­ное за­ня­тие? А вот и нет, ес­ли по­дой­ти к не­му твор­че­ски, как это сде­ла­ла Тать­я­на Ка­зан­це­ва.


Мно­гие ду­ма­ют, что управ­ление ро­бо­том тре­бу­ет на­ли­чия ог­ром­ной «же­ле­зя­ки», ко­то­рая бу­дет, под­чи­ня­ясь ко­ман­дам поль­зо­ва­те­ля по типу «Ро­бот, иди ту­да», гро­хо­тать по по­ме­щению. Но ес­ли ра­зо­брать­ся с том, что фак­ти­че­­ски пред­став­ля­ет со­бой ро­бот, то это про­сто Ис­полнитель, ко­то­рый вы­пол­ня­ет оп­ре­де­лен­ные ко­ман­ды Поль­зо­ва­те­ля или ра­бо­та­ет по за­дан­но­му Ал­го­рит­му. Вы уже на­вер­ня­ка зна­ко­мы с эти­ми по­ня­тия­ми и изу­ча­ли их ранее на уро­ках ин­фор­ма­ти­ки.

По­это­му пре­ж­де чем пе­ре­хо­дить к ре­аль­но­му ро­бо­ту, на­до по­трениро­вать­ся на его ком­пь­ю­тер­ной ими­та­ции (си­му­ля­ции), а так­же осво­ить ра­бо­ту с основ­ны­ми мик­ро­элек­трон­ны­ми ком­понен­та­ми – то есть ра­дио­де­та­ля­ми и со­б­ран­ны­ми на их осно­ве дат­чи­ка­ми и управ­ляю­щи­ми бло­ка­ми (мы же не за­бы­ли, что Ро­бот со­сто­ит из ра­дио­де­та­лей?). В рам­ках руб­ри­ки Шко­ла LXF мы на­чи­на­ем цикл ста­тей, где все по­сле­дую­щие за­дания осно­ва­ны на управ­лении вир­ту­аль­ным ро­бо­том-ис­полните­лем. Изу­чив и вы­полнив их, мы поз­же смо­жем управ­лять ре­аль­ным ме­ханиз­мом, бла­го та­кой ро­бот пре­достав­лен нам про­ек­том Тырнет и но­сит имя Скрат­чдуи­но. Мы бу­дем ис­поль­зо­вать про­грамм­ную сре­ду Scratch, по­это­му пре­ж­де чем при­сту­пать к за­ня­ти­ям, со­ве­тую вам прой­ти (вме­сте с ученика­ми) курс по дан­ной сре­де, ко­то­рый (как и учеб­ные по­со­бия) мож­но най­ти на сай­те http://letopisi.ru/index.php/Школа_Scratch.

Дви­жение ро­бо­та

Го­во­ря ко­му-то, ку­да ему дви­гать­ся, вы от­дае­те ко­ман­ду. Эта ко­ман­да мо­жет быть при­вя­за­на к неко­му ори­ен­ти­ру, что­бы Ис­полнитель ко­ман­ды мог по­нять, что от него хо­тят. В ча­ст­но­сти, ори­ен­ти­ром (или его еще на­зы­ва­ют мая­ком) мо­же­те быть вы – на­при­мер, вы дае­те ко­ман­ду ва­ше­му при­яте­лю: «иди ко мне». Так­же мая­ком мо­жет быть ка­кой-то пред­мет: «Иди до то­го сто­ла». Или ко­ман­да мо­жет быть при­вя­за­на к ка­кой-ли­бо сис­те­ме ко­ор­ди­нат.

(thumbnail)
Сориентируем нашего робота по направлениям.
(thumbnail)
Наш ро­бот дви­га­ет­ся в аб­со­лют­ных ко­ор­ди­на­тах и мо­жет быть ус­та­нов­лен или пе­ре­ме­щен в лю­бую точ­ку. В ре­аль­ной жиз­ни так ра­бо­та­ют, ска­жем, ро­бо­ты-ма­ни­пу­ля­то­ры сбо­роч­ных про­из­водств.

Встав ли­цом к Ис­полните­лю, вы са­ми бу­де­те для него мая­ком, и он смо­жет вы­пол­нять ко­ман­ды от­но­си­тель­но вас – впе­ред (от вас), на­зад (к вам), вле­во и впра­во. Или, ес­ли это эк­ран, Ис­полнитель смо­жет дви­гать­ся вверх, вниз, вле­во или впра­во, счи­тая мая­ка­ми сто­ро­ны эк­ра­на. Что же вы­брать? Так как мы име­ем де­ло с ро­бо­том, то на ме­ст­но­сти мы име­ем де­ло с при­вяз­кой к по­верх­но­сти и сто­ро­нам све­та, по­это­му счи­та­ем, что на эк­ране пе­ред на­ми вид на Ро­бо­та свер­ху и он дол­жен пе­ре­дви­гать­ся от­но­си­тель­но вас. Вы на­хо­ди­тесь за пре­де­ла­ми эк­ра­на, внизу. То есть, по ко­ман­де «впе­ред» (от вас), ро­бот на эк­ране бу­дет дви­гать­ся вверх; по ко­ман­де «вниз» – к вам.

  • ЗАДАНИЕ На­ри­суй­те, ку­да бу­дет дви­гать­ся ро­бот по ко­ман­дам «вле­во» и «впра­во».

Дви­же­ние в аб­со­лют­ных ко­ор­ди­на­тах

От­крой­те Scratch, уда­ли­те те­ку­щий пер­со­наж (щелчок пра­вой кноп­кой мы­ши на нем – Уда­лить) и вы­бе­ри­те Ри­со­вать но­вый объ­ект New image fmt.png Наш ро­бот бу­дет круг­лый, по­это­му на­ри­суй­те что-то по­хо­жее на за­кра­шен­ный круг.

Те­перь со­ста­вим про­грам­му, управ­ляю­щую ро­бо­том. За­гля­нув в раз­дел Дви­жение, вы не об­на­ру­жи­те па­ра­мет­ров «впе­ред, на­зад, вле­во, впра­во», так как управ­ление про­грамм­ным ро­бо­том (как вы уже, на­вер­ное, знае­те) идет по сис­те­ме ко­ор­ди­нат. В на­шем слу­чае дви­жение впе­ред бу­дет оз­на­чать уве­ли­чение ко­ор­ди­на­ты Y, на­зад – ее умень­шение. Впра­во – уве­ли­чи­ва­ет ко­ор­ди­на­ту X, а вле­во – умень­ша­ет ее. Центр эк­ра­на бу­дет иметь ко­ор­ди­на­ты X=0, Y=0.

За­дай­те сле­дую­щий код:

Cod1 opt.jpeg

При стар­те про­грам­мы ро­бот уста­нав­ли­ва­ет­ся в ис­ход­ную точ­ку (ко­ор­ди­на­ту 0,0). При на­жа­тии стрел­ки вверх ро­бот пе­ре­мес­тит­ся впе­ред (то есть уве­ли­чит ко­ор­ди­на­ту Y). Наш ро­бот те­перь име­ет соб­ст­вен­ный на­бор команд – «впе­ред», «на­зад», «вле­во», «впра­во»

  • ЗАДАНИЕ До­ра­бо­тай­те про­грам­му, что­бы ро­бот пе­ре­ме­щал­ся по на­жа­тию стре­лок вниз, впра­во или вле­во.

Ори­ен­та­ция (от­но­си­тель­ные ко­­ор­­ди­­на­­ты)

По­про­си­те своего дру­га временно по­быть Ро­бо­том. Пускай он встанет спи­ной к вам, а за­тем вы­полнит ва­ши ко­ман­ды «впе­ред, на­зад, вле­во, впра­во». Вы за­ме­ти­ли, что его ори­ен­та­ция от­но­си­тель­но вас не из­менилась?

Ско­ман­дуй­те дру­гу «по­вернись на­пра­во». Вы ви­ди­те, что он стал к вам бо­ком. Те­перь дай­те ко­ман­ду «впе­ред». Ваш друг, изо­бра­жая ро­бо­та, толь­ко что пе­ре­мес­тил­ся ту­да, ку­да ранее вы мог­ли пе­ре­мес­тить ро­бо­та ко­ман­дой «вле­во». То есть ро­бот сменил свое рас­по­ло­жение в про­стран­ст­ве (ори­ен­та­цию), и те­перь ста­рые ко­ман­ды вы­зы­ва­ют его пе­ре­ме­щение в дру­гом на­прав­лении.

В ре­аль­ной жизни ро­бо­ты так­же обыч­но ори­ен­ти­ро­ва­ны – они не в состоянии про­сто пе­ре­мес­тить­ся вле­во или впра­во, не по­ме­няв свою ори­ен­та­цию в про­стран­ст­ве.

По­правь­те спрайт ро­бо­та в меню спрайта, что­бы он стал вы­гля­деть так (Спрайт > Кос­тю­мы > Ре­дак­ти­ро­вать): Robot2 fmt.png

  • ВОПРОС Каким образом те­перь ори­ен­ти­ро­ван ро­бот от­но­си­тель­но вас?
(thumbnail)
Наш робот ориентирован в пространстве

Вы мо­же­те за­ме­тить, что ро­бот сто­ит, по­вер­нув­шись впра­во. Все спрай­ты в Scratch из­на­чаль­но име­ют та­кое на­прав­ление (на­прав­ление 90 или «впра­во»), ко­то­рое за­тем вы мо­же­те из­менить «кир­пи­чи­ком»:Повернуть в направлении opt.png

Те­ку­щую ори­ен­та­цию мож­но уви­деть в ме­ню спрай­та или вы­вес­ти на эк­ран, от­ме­тив в раз­де­ле Дви­жение кир­пи­чик [] На­прав­ление. На­прав­ления обо­зна­че­ны циф­ра­ми как: 90 – «впра­во», 0 – «вверх, -90 – «вле­во», 180 – «вниз».

Ви­до­из­меним пре­ды­ду­щую про­грам­му, за­дав по на­жа­тию кла­виш вле­во и впра­во по­во­рот ро­бо­та. Для это­го ис­поль­зуем блок Повернуться на opt.png

При по­воро­те ро­бо­та обыч­но не ис­поль­зу­ют по­ня­тия «вле­во» и «впра­во», а го­во­рят, что он дол­жен по­вер­нуть­ся «по ча­со­вой стрел­ке» или «про­тив ча­со­вой стрелки».

  • ВОПРОС Ку­да по­вернет­ся ро­бот при по­во­ро­те «по ча­со­вой стрел­ке»? Вле­во или впра­во?

Из­мените в пре­ды­ду­щей про­грам­ме бло­ки управ­ления стрел­ка­ми сле­дую­щим об­ра­зом: Cod2 opt.jpeg

Те­перь за­пусти­те про­грам­му. Вы уви­ди­те, что при на­жа­тии на стрел­ки вле­во или впра­во ро­бот по­во­ра­чи­ва­ет­ся на 90 гра­ду­сов. Но ес­ли на­жать вверх или вниз, то он на­чи­на­ет сме­щать­ся, а не дви­гать­ся по на­прав­лению стрел­ки. Это про­ис­хо­дит из-за то­го, что мы сме­ша­ли сис­те­мы ко­ор­ди­нат. У нас те­перь нет при­вяз­ки к кон­крет­ным зна­чениям и нет точ­ки от­сче­та, по­это­му необ­хо­ди­мо ис­поль­зо­вать ко­ман­ды ви­да «впе­ред» или «на­зад», ука­зав зна­чение для пе­ре­ме­щения.

Sprite info opt.png


Из­мените бло­ки управ­ления стрел­ка­ми «вверх» и «вниз», ис­поль­зуя кон­ст­рук­цию Идти на opt.png

(thumbnail)
Сце­на для до­ро­ги ро­бо­та

Это за­ста­вит ро­бо­та пе­ре­мес­тить­ся в за­дан­ном на­прав­лении на ука­зан­ное чис­ло ша­гов (в слу­чае Scratch это чис­ло пик­се­лей на эк­ране). «Впе­ред» бу­дет за­да­вать­ся по­ло­жи­тель­ным чис­лом (+), а «на­зад» – от­ри­ца­тель­ным.

У вас долж­на в ито­ге по­лу­чить­ся сле­дую­щая про­грам­ма:

Cod3 opt.jpeg

Ро­бот мо­жет обой­тись без заднего хо­да. Ес­ли его кон­ст­рук­ция по­зво­ля­ет ему по­во­ра­чи­вать­ся на мес­те, как у на­ше­го иде­аль­но­го ком­пь­ю­тер­но­го Ро­бо­та, то доста­точ­но вы­полнить по­во­рот на 180 гра­ду­сов, и ро­бот по­едет в об­рат­ную сто­ро­ну. Так­же ро­бот мо­жет по­во­ра­чи­вать­ся не толь­ко на 90 гра­ду­сов.

  • ЗАДАНИЕ 1: По­экс­пе­ри­мен­ти­руй­те с уг­ла­ми по­во­ро­та. За­ме­ните 90 гра­ду­сов на 45, 30, 15, 5 и по­смот­ри­те, что при этом по­лу­чит­ся.
  • ЗАДАНИЕ 2: По­ме­няй­те на­чаль­ное на­прав­ление. По­ставь­те ро­бо­та в на­прав­ление «вверх» и по­смот­ри­те, как из­ме­ня­ет­ся управ­ление им.
  • ЗАДАНИЕ 3: Из­мените ве­ли­чи­ну ша­га. Вы­ясните, как влия­ет данная ве­ли­чи­на на ско­рость дви­жения ро­бо­та.

Управ­ляе­мость (точ­ность от­ра­бот­ки ал­го­рит­ма)

Наш ро­бот уже мо­жет управ­лять­ся с кла­виа­ту­ры, и вы мо­же­те «го­нять» его по эк­ра­ну. Ес­ли вы вы­полнили пре­ды­ду­щие за­дания, то знае­те, как сде­лать ро­бо­та бо­лее управ­ляе­мым – то есть за­ста­вить его по­во­ра­чи­вать­ся на боль­ший или мень­ший угол, из­ме­нять ско­рость его дви­жения, а так­же за­да­вать на­чаль­ную ори­ен­та­цию.

Но ре­аль­ный ро­бот име­ет, увы, худ­шую управ­ляе­мость (по крайней ме­ре наш учеб­ный ро­бот, ко­то­ро­го мы смо­жем за­про­грам­ми­ро­вать в дальней­шем). Что это оз­на­ча­ет?

Ре­аль­ный ро­бот не мо­жет по­вер­нуть­ся на точ­ный угол (плюс-ми­нус оп­ре­де­лен­ное ко­ли­че­­ст­во гра­ду­сов), не мо­жет пе­ре­мес­тить­ся на точ­ное ко­ли­че­­ст­во ша­гов, и воз­мож­ны за­держ­ки и про­пуски на­ших команд из-за про­блем при пе­ре­да­че дан­ных к ро­бо­ту.

Да­же уста­но­вив так на­зы­вае­мую «об­рат­ную связь» – то есть спе­ци­аль­ные уст­рой­ст­ва, ко­то­рые смо­гут ска­зать, что ро­бот выпо­лнил дей­ст­вие с неко­то­рой точ­но­стью – мы все рав­но бу­дем иметь оп­ре­де­лен­ную по­греш­ность, да и стои­мость са­мо­го ро­бота воз­рас­тет.

Во мно­гих слу­ча­ях точ­ность ро­бо­та по от­ра­бот­ке команд ал­го­рит­ма не так важ­на, как ско­рость ре­ак­ции на со­бы­тия и от­ра­ботки команд из­вне. Да­вай­те по­смот­рим, как влия­ет неточ­ность от­ра­бот­ки команд ал­го­рит­ма на на­ше­го ком­пь­ю­тер­но­го ро­бо­та. Для это­го до­ба­вим в ка­ж­дую ко­ман­ду слу­чай­ную со­став­ляю­щую. На­ша про­грам­ма при­мет сле­дую­щий вид:
Cod4 opt.jpeg

Бло­ки по­во­ро­та на слу­чай­ную ве­ли­чи­ну при дви­жении впе­ред и на­зад нуж­ны, по­то­му что ре­аль­ный ро­бот при дви­жении впе­ред обыч­но от­кло­ня­ет­ся в ту или иную сто­ро­ну из-за по­греш­но­сти ра­бо­ты дви­га­те­лей.

Cod5 opt.jpeg

Вы мо­же­те от­сле­дить те­ку­щее пе­ре­ме­щение ро­бо­та с по­мо­щью «пе­ра» в Scratch. Для это­го до­бавь­те сле­дую­щий блок:

Те­перь по на­жа­тию кла­ви­ши «Про­бел» ро­бот бу­дет остав­лять за со­бой «след».

В код на­чаль­ной инициа­ли­за­ции по­сле за­дания на­прав­ления не за­будь­те до­ба­вить «кир­пи­чик» Очи­стить. Так­же вы мо­же­те уста­но­вить на­чаль­ные ко­ор­ди­на­ты ро­бо­та, от­лич­ные от (0,0).

  • ЗАДАНИЕ 1: На­ри­суй­те ро­бо­ту до­ро­гу, по­хо­жую на изо­бра­жен­ной на ри­сун­ке, и за­гру­зи­те ее в ка­че­­ст­ве фо­на Сце­ны. По­про­си­те ва­ших дру­зей или зна­ко­мых про­ехать по дан­ной до­ро­ге, а так­же по­тренируй­тесь са­ми управ­лять «поч­ти» ре­аль­ным ро­бо­том.
  • ЗАДАНИЕ 2: По­экс­пе­ри­мен­ти­руй­те c ве­ли­чи­на­ми слу­чай­ных чи­сел. Чем боль­ше дан­ное чис­ло, тем ху­же ра­бо­та­ет ро­бот. Что про­изой­дет, ес­ли ве­ли­чи­на слу­чай­но­го чис­ла бу­дет боль­ше са­мой ве­ли­чи­ны дей­ст­вия?

А те­перь сде­ла­ем так, что­бы при на­жа­тии стрел­ки «вверх» ро­бот на­чи­нал дви­гать­ся впе­ред, а при на­жа­тии «вниз» оста­нав­ли­вал­ся. Для это­го нуж­но за­менить код ал­го­рит­ма по на­жа­тию этих стре­лок на та­кой еди­ный блок:

Cod6 opt.jpeg

Что он де­ла­ет? При на­жа­тии на фла­жок за­пуска запуска­ет­ся ра­бо­та бес­конеч­но­го цик­ла и идет про­вер­ка усло­вия Ес­ли на­жа­та стрел­ка вверх. При его вы­полнении на­чи­на­ет работу По­вто­рять до – э­то бу­дет продолжать­ся в цик­ле, по­ка не на­жму­т стрел­ку «вниз». Внут­ри цик­ла – код дви­жения впе­ред с по­греш­но­стью.

  • ВОПРОС Когда управ­ляе­мость ро­бо­том луч­ше – при ис­поль­зо­вании пре­ры­ви­сто­го или непре­рыв­но­го дви­жения? Что менее уто­ми­тель­но для управ­ляю­ще­го ро­бо­том? Ка­кой спо­соб управ­ления вы бы пред­по­чли?

Ес­ли ро­бот едет слиш­ком бы­ст­ро, умень­ши­те зна­чение ша­га, к при­ме­ру, до 5 (а слу­чай­ную ве­ли­чи­ну сделайте от 1 до 2) или до­ба­вьте в цикл по­сле «кир­пи­чи­ка» Ид­ти за­держ­ку («кир­пи­чик») в 0,2 – 0,5 се­кунд.Ждать opt.png


  • ВОПРОС Как влия­ет из­менение ве­ли­чи­ны ша­га и за­держ­ки на управ­ляе­мость Ро­бо­том?

Га­ле­рея с при­ме­ра­ми рас­по­ло­же­на на сай­те http://scratch.mit.edu/galleries/view/157855.

На­де­ем­ся, что вы лег­ко осво­ите на­чаль­ные премуд­ро­сти ро­бо­то­техники и на­пи­сания про­грамм в Скратч. В дальней­шем нас ждут ве­щи послож­нее – оп­ре­де­ление по­ло­жения и дви­жение в за­дан­ные мес­та, дат­чи­ки и, ес­ли у вас бу­дет ин­те­рес к дан­ной те­ме, ис­поль­зо­вание ре­аль­ных ро­бо­тов и кон­трол­ле­ров. Напи­ши­те нам на info@linuxformat.ru, ес­ли эта те­ма для вас ак­ту­аль­на.

Источник — «http://wiki.linuxformat.ru/wiki/index.php?title=LXF156:%D0%A0%D0%BE%D0%B1%D0%BE%D1%82_%D0%BD%D0%B0_%D1%8D%D0%BA%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B5&oldid=17050»
Персональные инструменты
купить
подписаться
Яндекс.Метрика