новосибирский государственный технический университет

• Название: новосибирский государственный технический университет
• Дата: 14.08.2021
• Размер: 132.06 Kb.
• Имя файла: ARiMS_LR1.docx
• Тип: Отчет; #226914

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ государственное БЮДЖЕТНОЕ

образовательное учреждение

высшего образования

«НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

__________________________________________________________________



Кафедра вычислительной техники


Отчёт по лабораторной работе №1

по дисциплине: «Автономные роботы и многоагентные системы»

Выполнил: студент АВТФ, гр. АММ-20 Таханов Эрмен Юрьевич ________________ (подпись) «___» ________ 2021 г.

Проверил: к.т.н. доцент Яковина Ирина Николаевна ________________ (подпись) «___» ________ 2021 г.

Новосибирск, 2021

Содержание

1.Цель работы: 3

2.Задачи: 3

3.Ход работы 4

4.Выводы: 6

Приложение А 8

Приложение Б 9

Приложение В 10

1. Цель работы:

Знакомство с симулятором CoppeliaSim и принципами автоматического управления движением мобильного робота по разметке с использованием алгоритмов теории автоматического управления.

2. Задачи:

1. 
   Познакомиться с основными понятиями симулятора CoppeliaSim: сцена, примитивы, соединения, типы объектов.
   
2. 
   Загрузить модели робота и полигона (см. список ссылок на материалы).
   
3. 
   Освоить базовые приемы при работе на сцене в симуляторе CoppeliaSim
   
4. 
   Познакомиться с приемами и способами управления движением модели мобильного робота с двумя моторами и двумя визуальными датчиками
   
5. 
   Получить значения средней яркости по кадру с визуальных датчиков. Результаты занести в Таблицу 1
   
6. 
   Создать собственный полигон (см. требования).
   
7. 
   Составить алгоритм управления движением мобильного робота на основе:
   

• 
  переключателя
  
• 
  П-регулятора
  
• 
  ПД-регулятора
  

8. 
   Выполнить тестирование разработанных алгоритмов на сцене и занести результаты проведенных экспериментов в Табл.2
   
9. 
   ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ БАЛЛЫ: ПИД и его реализация для движения по полю, на котором одновременно расположены черная линия на белом фоне и белая линия на черном поле.
   

3. Ход работы

В первую очередь будет составлен собственный полигон из элементов, представленных в исходных материалах. Вид сверху на составленный полигон представлен на рисунке 1.



Рисунок 1 - Испытательный полигон
Затем была заполнена таблица 1, содержащая численную оценку показаний визуальных датчиков.

Таблица 1. Численная оценка показаний визуальных датчиков.

Левый датчик		Значение ошибки (err = L - R)	Правый датчик
Внешний вид показаний визуального датчика	Численное значение с датчика		Численное значение с датчика	Внешний вид показаний визуального датчика
	1	0	1
	1	1	0
	0	-1	1
	0	0	0
	0,69	0,15	0,54
	0,67	0,23	0,44

После того, как на поле был выставлен транспорт, можно приступать к написанию алгоритмов, управляемых данным транспортным средством. Результат прохождения исходного полигона отражается в таблице 2, представленной ниже.

Код написанных алгоритмов будет представлен в приложении к данному отчёту по лабораторной работе. Код алгоритма «переключатель» - приложение А, код алгоритма «П-регулятор» - приложение Б, код алгоритма «ПД-регулятор» - приложение В. Во всех приложениях представлен код, при котором моторы работают на 80%.

Таблица 2. Результат экспериментов

Алгоритм	Знач. коэфф.	Мощность моторов. (при макс. скорости = pi рад/с)	Стабильность прохождения участка пути
			Факт прохождения полного круга (да/нет)	Внутримодельное время прохождения круга, сек	Название элемента, на котором возникает срыв с линии
Переключатель	0.45 – ведущее колесо, (-0.1) – ведомое колесо	20%	Да	39:25
		40%	Да	19:45
		60%	Да	13:17
		80%	Да	10:04
		100%	Да	08:08
П- регулятор	При повороте: Левое колесо – (err*5), правое – (-err*5)	20%	Да	14:44
		40%	Да	06:42
		60%	Да	04:14
		80%	Да	03:03
		100%	Да	02:25
ПД- регулятор	Kp = 2 (Для поворотов и езды по прямой), Kd = 15 – для поворотов.	20%	Да	09:05
		40%	Да	03:56
		60%	Да	02:32
		80%	Да	01:51
		100%	Да	01:35

4. Выводы:

В ходе выполнения лабораторной работы были написаны 3 алгоритма управления роботизированным транспортным средством. Первый алгоритм основан на принципе переключателя. Данный алгоритм оказался наиболее неэффективным. При этом минимальное время прохождения пути составило порядка 8 минут при 100% мощности двигателя, ограниченного pi рад/с.

Следующим в списке был алгоритм «Пропорциональный регулятор». При тех же условиях транспортное средство преодолело путь за 2:25, что оказалось в 3 раза быстрее предыдущего алгоритма. В нашем случае был использован пропорциональный коэффициент Kp = 5.

Последним алгоритмом был алгоритм «Пропорционально-дифференциальный регулятор». Самое быстрое время прохождения того же пути составило 1:35, что в 1,5 раза быстрее предыдущего алгоритма, однако при прохождении трассы на резких поворотах транспортное средство начинает колебаться. Были использованы следующие коэффициенты: Kp = 2, Kd = 15.

Приложение А

function sysCall_init()

---- 1. Get objects handler

motor_L =sim.getObjectHandle("revJoint_wheelL")

motor_R =sim.getObjectHandle("revJoint_wheelR")

visSensor_L =sim.getObjectHandle("Vision_sensorL")

visSensor_R =sim.getObjectHandle("Vision_sensorR")
end

function sysCall_actuation()

----2. Read vis sensor

isErrL, visArr_L = sim.readVisionSensor(visSensor_L)

isErrR, visArr_R = sim.readVisionSensor(visSensor_R)
---- 3. Check aviability visArr_R

if visArr_L = nil and visArr_R = nil then

-- 4. Calc err = L - R

err = visArr_L[11] - visArr_R[11]

print(" visArr L=", visArr_L[11], "; R =", visArr_R[11], "; err =", err)

-- 5. Rule

if err >= 0 then

---- if err=L-R > make RIGHT turn

sim.setJointTargetVelocity(motor_L, 0.8*math.pi*0.45)

sim.setJointTargetVelocity(motor_R, 0.8*math.pi*-0.1)

else

---- if err=L-R > make LEFT turn

sim.setJointTargetVelocity(motor_L, 0.8*math.pi*-0.1)

sim.setJointTargetVelocity(motor_R, 0.8*math.pi*0.45)

end


end
end

function sysCall_sensing()

--print("sysCall_sensing")

end
function sysCall_cleanup()

-- do some clean-up here

end

Приложение Б

function sysCall_init()

---- 1. Get objects handler

motor_L =sim.getObjectHandle("revJoint_wheelL")

motor_R =sim.getObjectHandle("revJoint_wheelR")

visSensor_L =sim.getObjectHandle("Vision_sensorL")

visSensor_R =sim.getObjectHandle("Vision_sensorR")
end

function sysCall_actuation()

----2. Read vis sensor

isErrL, visArr_L = sim.readVisionSensor(visSensor_L)

isErrR, visArr_R = sim.readVisionSensor(visSensor_R)
---- 3. Check aviability visArr_R

if visArr_L = nil and visArr_R = nil then

-- 4. Calc err = L - R

err = visArr_L[11] - visArr_R[11]

print(" visArr L=", visArr_L[11], "; R =", visArr_R[11], "; err =", err)

-- 5. Rule

if err <0.05 and err > -0.05 then

---- if GO STRAIGHT

sim.setJointTargetVelocity(motor_L, 0.8*math.pi)

sim.setJointTargetVelocity(motor_R, 0.8*math.pi)

else

---- if TURN

sim.setJointTargetVelocity(motor_L, 0.8*math.pi*err*5)

sim.setJointTargetVelocity(motor_R, 0.8*math.pi*(-err*5))

end


end
end

function sysCall_sensing()

--print("sysCall_sensing")

end
function sysCall_cleanup()

-- do some clean-up here

end

Приложение В

function sysCall_init()

---- 1. Get objects handler

motor_L =sim.getObjectHandle("revJoint_wheelL")

motor_R =sim.getObjectHandle("revJoint_wheelR")

visSensor_L =sim.getObjectHandle("Vision_sensorL")

visSensor_R =sim.getObjectHandle("Vision_sensorR")


end

function sysCall_actuation()

delta = 0

previousErr = 0
----2. Read vis sensor

isErrL, visArr_L = sim.readVisionSensor(visSensor_L)

isErrR, visArr_R = sim.readVisionSensor(visSensor_R)
---- 3. Check aviability visArr_R

if visArr_L = nil and visArr_R = nil then

-- 4. Calc err = L - R

err = visArr_L[11] - visArr_R[11]

print(" visArr L=", visArr_L[11], "; R =", visArr_R[11], "; err =", err)

delta = err - previousErr

previousErr = err

if err < 0.04 and err > -0.04 then

---- if GO STRAIGHT

sim.setJointTargetVelocity(motor_L,0.8*math.pi*2)

sim.setJointTargetVelocity(motor_R,0.8*math.pi*2)

else

---- if TURN

sim.setJointTargetVelocity(motor_L,0.8*(math.pi*2*err+delta*15))

sim.setJointTargetVelocity(motor_R,0.8*(math.pi*2*-err-delta*15))

end
end
end

function sysCall_sensing()

--print("sysCall_sensing")

end
function sysCall_cleanup()

-- do some clean-up here

end