Занятие № 2. Плавные повороты. Датчик касания

Задание № 1. Независимое управление двигателями

С помощью блока Независимое управление моторами можно самостоятельно указать мощность левого и правого колеса:

Режимы работы блока совпадают с режимами работы блока Рулевое управление. От соотношения мощностей будет зависеть скорость и направление движения робота:

Робот x поедет прямо.

Робот повернёт x направо x одним колесом.

Робот повернёт x налево x на месте.

Составьте следующую программу с помощью которой робот проедет прямо 45 см а потом повернёт направо на 135 градусов с помощью поворота на месте. Значения мощностей и необходимое количество оборотов выберите самостоятельно.

Чтобы проехать 45 см, колеса диаметром 5,6 см должны сделать x 2.558 оборот(ов). Для поворота на 135 градусов, колёсам робота с шириной колеи 15 см нужно совершить x 1 оборот(ов).

Video Player is loading.

Current Time 0:00

Duration 0:06

Loaded: 100.00%

Stream Type LIVE

Remaining Time 0:06

Задание № 2. Поворот по дуге

Если мощности двигателей не равны друг другу, но имеют одинаковый знак, робот будет двигаться по дуге окружности определённого радиуса.

SVG = import('https://cdn.skypack.dev/@svgdotjs/svg.js@3.2.4?min')

SVG = Module {A: class, Animator: Object, Array: class, Box: class, Circle: class, ClipPath: class, Color: class, Container: class, Controller: class, Defs: class, Dom: class, Ease: class, Element: class, Ellipse: class, EventTarget: class, ForeignObject: class, Fragment: class, G: class, Gradient: class, Image: class, …}

md`Для примера возьмём робота с <span class="var_b">шириной колеи</span> равной *15 см*. Чтобы совершить поворот по дуге налево, установим мощность левого мотора равна **20**, а мощность правого мотора - **${Inputs.bind(Tangle({min: 30, max: 100, minWidth: "2em"}), viewof p2)}**. <span class="var_a">Угол поворота робота</span> связан с <span class="var_p">длиной дуги окружности</span>, которую опишет колесо с максимальной мощностью. На рисунке показан поворот робота на <span class="var_a"> угол ${Inputs.bind(Tangle({min: 0, max: 50, minWidth: "2em"}), viewof ang3)} градусов</span>.`

Для примера возьмём робота с шириной колеи равной 15 см. Чтобы совершить поворот по дуге налево, установим мощность левого мотора равна 20, а мощность правого мотора - 32. Угол поворота робота связан с длиной дуги окружности, которую опишет колесо с максимальной мощностью. На рисунке показан поворот робота на угол 25 градусов.

import {Tangle} from "@mbostock/tangle"

  import {Tangle as Tangle} from "@mbostock/tangle"

viewof p2 = Inputs.input(32)
viewof ang3 = Inputs.input(25)
R = 20 * 15 / (p2 - 20)

viewof p2 = EventTarget {value: 32}

p2 = 32

viewof ang3 = EventTarget {value: 25}

ang3 = 25

R = 25

{
  var div = document.createElement('div')
  var draw = SVG.SVG().addTo(div).size(500, 300)

  var r2d = Math.PI / 180

  var op = ang3 < 15 ? ang3 / 15 : 1

  draw.line(30, 270, R * 10 + 200, 270).stroke({ color: 'gray', width: 2, dasharray: '5,5' })
  draw.circle(R * 20 + 30)
    .fill('none')
    .stroke({ color: 'gray', width: 1, dasharray: '5,5' })
    .center(30, 270)
    .opacity(op)

  draw.circle(R * 20 + 340)
    .fill('none')
    .stroke({ color: 'gray', width: 1, dasharray: '5,5' })
    .center(30, 270)
    .opacity(op)

  var pathGroup = draw.group().addClass('turn-1').addClass('var_p').opacity(op)

  const arcPath = d3.arc()
    .innerRadius(R * 10 + 167)
    .outerRadius(R * 10 + 171)
    .startAngle(90 * r2d)
    .endAngle((90 - ang3) * r2d); // 90°

  const arc = pathGroup.path(arcPath())
    .fill('#FF8A5B')
    .transform({ translate: [30, 270] })

  const angleGroup = draw.group().addClass('var_a').opacity(op)

  const arcAnglePath = d3.arc()
    .innerRadius(0)
    .outerRadius(40)
    .startAngle(90 * r2d)
    .endAngle((90 - ang3)* r2d); // 90°

  const arcAngle = angleGroup.path(arcAnglePath())
    .fill('#2364AA')
    .transform({ translate: [30, 270] })
  
  var w = draw.group()
  var rect = w.rect(25, 40).attr({ fill: '#282b28' }).move(395, 180).radius(5)
  var rect = w.rect(25, 40).attr({ fill: '#282b28' }).move(240, 180).radius(5)
  var lineWhite = w.line(252, 200, 408, 200).stroke({ width: 10, color: '#fff' })
  var line = w.line(255, 200, 405, 200).stroke({ width: 5, color: '#870058' }).addClass('var_b')
  var B = w.text("B").fill('#870058').move(330, 175).font({
    family:   'monospace', 
    size:     '1.7rem',
    anchor:   'middle',
  }).addClass('var_b')

  var radG = draw.group().addClass('var_r')
  var lineWhite = radG.line(30, 270, R * 10 + 40, 270).stroke({ width: 7, color: '#fff' })
  var lineR = radG.line(30, 270, R * 10 + 40, 270).stroke({ width: 3, color: '#24BCBC' })
  radG.transform({
    rotate: ang3 * -1,
    origin: {x: 30, y: 270},
  })
  var tR = radG.text("R").fill('#24BCBC').move(R * 10 / 2 + 30, 245).font({
    family:   'monospace', 
    size:     '1.7rem',
    anchor:   'middle',
  })

  var p = pathGroup.text("p").fill('#FF8A5B').move(R * 10 + 220, 240).font({
    family:   'monospace', 
    size:     '1.7rem',
    anchor:   'middle',
  })

  var a = angleGroup.text("a").fill('#2364AA').move(60, 280).font({
    family:   'monospace', 
    size:     '1.7rem',
    anchor:   'middle',
  })

  tR.transform({
    rotate: ang3
  })

  B.transform({
    rotate: ang3
  })

  w.move(R * 10 + 30, 235)
  w.transform({
    rotate: ang3 * -1,
    origin: {x: 30, y: 270},
  })
  return div;
}

Мощности левого и правого колёс относятся как радиусы окружностей, которые описывают левое и правое колесо соответственно: $\frac{P_{л е в}}{P_{п р а в}} = \frac{R}{R + B} (1)$ Уравнение 1 поможет получить значение мощности одного колеса, по выбранной мощности второго колеса, радиусу поворота $R$ и ширине колеи робота $B$ .

Количество оборотов будем рассчитывать исходя из длины дуги, которую опишет колесо с большим радиусом поворота. $x = \frac{(R + B) \cdot a}{180 \cdot d} (2)$

Используйте Уравнение 1 и Уравнение 2, чтобы повернуть робота на 180 градусов по окружности радиусом 20 см. Подставим $R = 20 с м$ и $B = 15 с м$ в Уравнение 1: $\frac{P_{л е в}}{P_{п р а в}} = 0.571$ Мощность $P_{л е в}$ возьмём равной 20. Значит $P_{п р а в}$ будет равна x 35.026.

Рассчитаем количество оборотов с помощью Уравнение 2:

$x = \frac{(20 + 15) \cdot 180}{180 \cdot 5.6} = 6, 25$

Составьте следующую программу, чтобы проверить правильность вычислений:

Video Player is loading.

Current Time 0:00

Duration 0:06

Loaded: 100.00%

Stream Type LIVE

Remaining Time 0:06

Точность вычислений

Все вычисляемые значения мощностей и количества оборотов приблизительны. Может понадобиться вручную подобрать более точные значения, исходя из поверхности, по которой движется робот.

✍️ Сделайте самостоятельно

2.1 Восьмёрка

Составьте программу движения робота по фрагменту восьмёрки. Повороты должны быть плавными. Расстояние между бочками - 50 см. Стартовая позиция робота находится на расстоянии 25 см от одной из бочек.

Video Player is loading.

Current Time 0:00

Duration 0:12

Loaded: 100.00%

Stream Type LIVE

Remaining Time 0:12

Задание № 3. Датчик касания

Первое измерительное устройство, которое используем в проектах - датчик касания.

С помощью датчика касания можно определить три состояния:

нажат;
не нажат;
нажали и отпустили;

Присоедините к платформе датчик касания так, чтобы он находился в передней части робота. Подключите датчик в порт номер 1.

Чтобы приостановить выполнение программы до обнаружения одного из состояний датчика, используем блок Ожидание:

По умолчанию блок приостановит выполнение программы на одну секунду. Для ожидания состояния датчика касания нужно выбрать подходящий режим:

Теперь первым параметром можно выбрать состояние датчика касания, после которого программа продолжит выполнение:

Составьте программу после запуска которой робот поедет прямо и остановится после нажатия на датчик касания.

✍️ Сделайте самостоятельно

3.1 Стена

Где-то перед роботом находится стена. Робот едет вперёд пока не столкнётся со стеной, затем отъезжает назад и поворачивает налево на 90 градусов.

Video Player is loading.

Current Time 0:00

Duration 0:08

Loaded: 100.00%

Stream Type LIVE

Remaining Time 0:08

✍️ Сделайте самостоятельно

3.2 Доставка

Перед роботом находится коробка. Робот едет вперёд до тех пор, пока не скинет коробку со стола.

Video Player is loading.

Current Time 0:00

Duration 0:08

Loaded: 100.00%

Stream Type LIVE

Remaining Time 0:08

Задание № 4. Цикл

Многократное повторение команд можно реализовать с помощью блока Цикл:

Как и у многих других блоков, цикл может работать в нескольких режимах: бесконечное повторение до остановки программы, определённое количество повторений, завершение по таймеру и так далее.

✍️ Сделайте самостоятельно

4.1 Пинг-понг

Робот движется между двумя стенами без остановки. Расстояние между стенами может поменяться в процессе работы программы.

Video Player is loading.

Current Time 0:00

Duration 0:23

Loaded: 100.00%

Stream Type LIVE

Remaining Time 0:23

✍️ Сделайте самостоятельно

4.2 Чертёжник

md`Составьте программу с помощью которой робот проедет по сторонам ${d3.shuffle(["восьмиугольника", "семиугольника", "шестиугольника"])[0]}. Длина стороны многоугольника - *${d3.shuffle([10, 15, 20])[0]} см*.`

Составьте программу с помощью которой робот проедет по сторонам восьмиугольника. Длина стороны многоугольника - 15 см.

В видео показан пример выполнения задания для пятиугольника.

Video Player is loading.

Current Time 0:00

Duration 0:18

Loaded: 100.00%

Stream Type LIVE

Remaining Time 0:18

Для вычисления внутреннего угла используйте формулу:

$a = \frac{(n - 2) \cdot 180^{\circ}}{n}$

$n$ - количество сторон многоугольника.

Но поворачивать нужно на внешний угол: $b = 180^{\circ} - a$