Для следования по линии может применяться множество разных подходов, но все они зависят от количества датчиков установленных на роботе, для наблюдения линии роботом. Давайте поговорим о том, как количество датчиков влияет на способность робота следовать по линии.
1 датчик (следование по одному краю)
Для данного способа следования по линии необходим лишь один датчик. На самом деле робот следует не по самой линии, а по её границе, постоянно переходя от темного к светлому. На роботе также устанавливается два привода, один двигатель включается, когда линия видна, но выключается, когда линия не видна, другой активируется, когда линия не видна, но выключается, когда линия видна. И таким образом робот, виляя из стороны в сторону, двигается вдоль границы чёрного и белого. Это отлично работает на более медленных скоростях, но становится непригодным для использования в скоростном боте. Если датчик пересекает линию, он может развернуться и поехать в обратном направлении, если робот теряет линию, он начинает постоянно вращаться. Из–за простоты, такой тип датчика редко используется в схемах ботов с микроконтроллерами. Датчик может быть в одном из 2-х возможных состояний 1 или 0 (см. рисунок)
Условия работы сенсора:
0 – линия не видна
1 – линия видна
2 датчика (исключение линии)
Принцип работы похож на первый датчик, но каждый датчик контролирует свой двигатель. Линия находится между датчиков, а они в свою очередь стараются избегать её. На большой скорости эта схема работает лучше, чем предыдущая. Но если линия будет потеряна, то робот начнёт блуждать. Это происходит потому, что бот не может отличить границы линии, и её потерю. Этот недостаток можно устранить программно, если в качестве мозга робота используется микроконтроллер. Чем меньше зазор между линией и датчиком, тем аккуратнее робот будет следовать по линии.
Условия работы сенсора:
00 — граница линии потеряна
01- линия справа
10 — линия слева
11 — Не используется, если расстояние между датчиками больше чем ширина линии.
3 Датчика (предвидение линии)
При добавлении третьего датчика к предыдущему дизайну, бот может, определять линии и ее края. Тем самым робот может замечать съезд с линии. Также данная схема, легче адаптируется к меняющимся условиям, можно увеличить скорость на прямой, или настроить управление более тонко.
Это одна из наиболее распространенных конструкций, мозгом робота с таким количеством сенсоров в основном является микроконтроллер.
Условия работы сенсора:
001 — линия слева
010 -линия по центру
011 — линия ушла немного влево
100 — линия справа
101 — не используется
110 — линия ушла немного вправо
111 — Не используется (но может использоваться для слежения линии в лабиринте или на сложных трассах с перекрёстками)
5 Датчиков («пляски» по линии)
Трёх датчиков, очевидно, достаточно, чтобы эффективно следовать линии, так почему же мы хотим добавить ещё два? Ответ на этот вопрос сводится к главному качеству роботов для следования по линии — скорость. Добавление ещё 2-х датчиков повышает чувствительность, и датчики могут с большим разрешением распознавать положение линии под бампером робота. Когда бот движется не слишком быстро, есть много времени для регулировки направления и скорости, чтобы удержаться на линии. Что же происходит, когда скорость значительно увеличивается? Вместо того чтобы изящно следовать линии, бот начинает избыточно поворачиваться и может вылететь с трассы.
С этим можно бороться двумя различными способами:
В какой-то момент из–за скорости, ваш робот будет преодолевать способность контролировать себя. Зная это, вы можете запрограммировать его, для коррекции выброса бота за линию, чтобы он был в состоянии найти линию ещё раз.
В примере на фото выше, робот потерял линию, когда вошёл в поворот. Так как он начал поворачивать налево, когда линия из под него ушла, он знает, что нужно повернуть налево, пока не найдет полосу, крайним левым датчиком (на довольно остром углу) перед любым другим датчиком. В нормальных условиях лишь левый датчик, видя линию, будет поворачивать робота до упора влево. Но лишь для того чтобы привести его к линии не включаясь в неё. Это вернёт бота обратно на трассу, и не даст ему перелететь через полосу. В отличие от предыдущей схемы здесь очень важно наличие ещё 2-х дополнительных датчиков. Они служат для более точного управления и быстрого реагирования на выброс и избыточную поворачиваемость. Кликните здесь, чтобы посмотреть видео моего робота Arty.
Как и в других проектах, давайте посмотрим возможные условия работы с пятью датчиками (я перечислил лишь полезные):
00000 — Потеря линии от превышения скорости или разрыв в линии.
00001 – Робот почти потерял линию, необходимо полностью повернуть на право и снизить скорость.
00011 – линия с правого края, повернуть на право.
00010 – линия ушла вправо, держаться правого края.
00110 — чуть правее от центра линии, небольшая коррекция на право.
00100 — по центру линии, увеличить скорость для прямых участков.
01100 — Чуть левее от центра линии, небольшая коррекция влево.
01000 — Линия ушла влево, держаться левого края.
11000 — линия с левого края, повернуть налево.
10000 — Робот почти потерял линию, необходимо полностью повернуть налево и снизить скорость.
11111 — пересечение линии или круг в конце лабиринта.
Как вы можете видеть, если мы используем 5 датчиков, у нас получается гораздо более тонкий контроль движения бота,. Глядя на состояние датчиков в виде двоичных чисел, мы можем легко запрограммировать логику нашего робота.
Ниже приведен фрагмент кода от Arty, моего последнего робота для следования по линии. Это основной цикл логики, который управляет и рулевым управлением и скоростью и учитывает выброс за пределы линии, а также пытается компенсировать избыточную поворачиваемость. Он написан на BASCOM для DevBoard-M8.
Lineflag это переменная, которая содержит двоичное представление состояния 5 датчиков.
Servo (1) ШИМ канал сервоприводов рулевого управления.
Servo (2) ШИМ канал приводных сервоприводов.
Overshoot флаг, указывающий на то что бот потерял линию в повороте.
Bascom Основной сегмент кода для Arty:
Case &B00000 ‘No line
‘If the bot loses the line, make steering changes
Servo(2) = Slow — Progspeed
If Lastlineflag < 4 Then
Overshoot = 1 ‘Overshot a righthand corner
Elseif Lastlineflag > 4 Then
Overshoot = 1 ‘Overshot a left hand corner
End If
Case &B00100 ‘Line under center sensor
Overshoot = 0
Servo(1) = Center
Servo(2) = Mediumfast — Progspeed
Case &B00110
Overshoot = 0
Servo(1) = Smallright
Servo(2) = Mediumfast — Progspeed
Case &B00010
Overshoot = 0 ‘Line under midright sensor
Servo(1) = Mediumright
Servo(2) = Mediumfast — Progspeed
Case &B00011 ‘Line between midright and right sensor
If Overshoot = 0 Then
Servo(1) = Largeright
Servo(2) = Medium — Progspeed
Else
Servo(1) = Mediumright
Servo(2) = Medium — Progspeed
End If
Case &B00001 ‘Line under right sensor
If Overshoot = 0 Then
Servo(1) = Hardright
Servo(2) = Mediumslow — Progspeed
Else
Servo(1) = Largeright
Servo(2) = Mediumslow — Progspeed
End If
Case &B01100 ‘Line between center and midleft sensor
Overshoot = 0
Servo(1) = Smallleft
Servo(2) = Mediumfast — Progspeed
Case &B01000 ‘Line under midleft sensor
Overshoot = 0
Servo(1) = Mediumleft
Servo(2) = Mediumfast — Progspeed
Case &B11000 ‘Line between midleft and left sensor
If Overshoot = 0 Then
Servo(1) = Largeleft
Servo(2) = Medium — Progspeed
Else
Servo(1) = Center
Servo(2) = Medium — Progspeed
End If
Case &B10000 ‘Line under left sensor
If Overshoot = 0 Then
Servo(1) = Hardleft
Servo(2) = Mediumslow — Progspeed
Else
Servo(1) = Largeleft
Servo(2) = Mediumslow — Progspeed
End If
End Select
Итак, мы видим, что 5 датчиков обеспечивает более тонкую степень контроля, которая позволяет увеличить скорость бота на прямых, чтобы компенсировать время, затраченное на прохождение поворотов.
Заключение
Какая из четырёх представленных схем подходит для вашего робота? Это зависит от вас. Наиболее простой является схема с парой датчиков. Больше датчиков даст вам больше контроля, но скорее всего, придётся использовать микроконтроллер для обработки данных со всех датчиков. Используйте метод, который соответствует вашим потребностям и уровню квалификации — каждая конструкция имеет свои преимущества.
Добавление
Ниже представлена полная программа, используемая Arty 1.0. Мой первый робот, следующий по линии, имеющий шарнирно- сочленённую раму. Он включает в себя код для автоматической калибровки датчиков линии.
Эта программа была написана для ATMega8 на Bascom-AVR. Серво команда используется для управления сервоприводом рулевого управления и контроля скорости.
Прикрепленные файлы:
- LineFollower.rar (2 Кб)