1

Robotics Basics Experiment Based on LabVIEW Robotics

Nir MalkaJan 11

Instructor: Koby Kohai

2

תוכן המצגת

מטרת הפרוייקט למה ולמה לאLabVIEW? מטרת הניסוימבנה הניסויסקירה של תכונות הרובוט עליו מבוסס הניסויסקירה כללית של הניסוי עצמומקורותסיכום

3

מטרת הפרוייקט

הכנת ניסוי מעבדה המבוסס עלLabVIEW Robotics ועל ערכת הרובוט

Starter-Kit בו ילמדו הסטודנטים כמה ,עקרונות בסיס מעולם הרובוטיקה ויתרגלו

אותם.

4

?LabVIEWלמה

-עולם הרובוטיקה עובר ל LabVIEW מספקת סביבת מימוש אינטואטיבית לשליטה

בסנסורים שונים, מנועים, אלגוריתמי ניווט וחיפוש ותקשורת.

סביבתDebug.נוחה תמיכה טכנית ייעודית למספר רב של דרייברים

וסביבות עבודה של רובוטיקה.שפה "מהירה" לבניית יישומים. מהירה בקירוב פי

מכל שפה אחרת. 4-10

5

?LabVIEWלמה לא

מצריכה לימוד מוקדם של השפה ועקרונותהבסיס שלה על מנת לעשות בה שימוש

מתקדם. סביבה סגורה על אף התמיכה בשפות

וכו'.C, MATLAB, VHDLאחרות כמו .לא חינמית

6

הניסוי: המטרה

,הכרת העקרונות הבסיסיים של הרובוטיקהSense;Think;Act לסטודנט שזו היתקלותו הראשונה עם עולם הרובוטים.

מתן דגש על עקרונות בסיס כגון קואורדינאטותפולאריות, חישה אולטרא סונית, תנועה דיפרנציאלית

*.VFH, Aואלגוריתמי חיפוש וניווט כגון הכרה ראשונית והתנסות בכתיבת קוד בסיסי בשפת

LabVIEW. הסטודנט יקבל תחושה לגבי מושגים בסיסיים אלו

, בו ממומשים LABVIEW גרפי בשפת GUIבאמצעות עזרים שונים שמביאים לידי ביטוי את העקרונות שפורטו

מעלה. הניסוי מבוסס על רובוטLabVIEW Robotics Starter

Kit .רובוט בעל הנעה דיפרנציאלית וחיישן אולטרא סוני ,

7

מבנה הניסוי

דוח מכין אותו יכינו הסטודנטים מבעודמועד.

-חלק העוסק בSense – חלק העוסק בDrive – חלק העוסק בThink -שעות4משך הניסוי כ

8

LabVIEW Robotics Starter Kit

חיישן אולטרא סוניהנעה דיפרנציאלית-רכיב מיתכנט המאפשר לצרוב עליו קטע קוד שירוץ ב REAL-TIME כרטיסsbRIO-9631-שעות מאומצות.4סוללות המספיקות לזמן פעולה של כ נשלט באמצעותLAN יכול לתקשר גם באמצעות ,RS232אמין יחסית, התקלקל פעם אחת במהלך העבודה עימו

Sabertoothהוחלף באחר )בעייה ברכיב ה-) -ישנה תמיכה טובה של ערן מNI.-מבוסס על אתר 2400$מחיר כ( לערכה NI)

9

פלטפורמת הניסוי

הניסוי מועבר בשילובGUI שתוכנן להדגים

בצורה מוחשית ככל האפשר את העקרונות

השונים, ולאפשר התנסות של ממש

בנהיגת הרובוט והפעלת החיישן, תוך התבססות על התיאוריה שנלמדת

תוך כדי הניסוי.

10

SENSE

הכרת החיישן האולטרא סוני: עקרון פעולה, שימושיםאפשריים, שגיאות, פרמטרים שונים והשפעתם על אופן

פעולת החיישן. הכרת המונח קואורדינאטות פולאריות, עבודה עם מפה

פולארית והשימוש בה ליישומים רובוטיים.-בניית יישום בLABVIEW השולט בסנסור שעל הרובוט

ומציג בסוף גרף של הקריאה על פני הזמן.

11

Sense

הכרת המונח מודלהסתברותי של החיישן העוזר

לנו להתמודד עם שגיאותיו ורזולוציית הדיוק המוגבלת

שלו ותרגול מענה על שאלות תיאורטיות בנושא זה.

הכרת המונחVFH (vector field

histogram) קריאת מאמר ,העוסק בנושא, הדגמת

תוך GUIפעולת השיטה ב-שינוי פרמטרים שונים

שמשפיעים על התוצאה, תרגול שאלות תיאורטיות

בנושא.

12

Drive

הכרה ולימוד משוואות תנועהדיפרנציאליות.

,הכרת הנתונים של מנועי הרובוטופרמטרים שונים של מבנהו

הפיסי שמשפיעים על תנועתו. הזנת ערכים מתאימים לGUI כך

שמבנה הרובוט יוגדר כראוי מבחינת משוואות התנועה.

התנסות בהפעלת מנועי הרובוט שמספק שליטה GUIעל ידי ה

מלאה על המנועים בזמן אמת. ניהוג הרובוט באופנים שונים תוך

setחישוב הערכים המתאימים ( points למנועים כך שישלים את )

תנועתו כנדרש בניסוי.

13

Drive

העברת הרובוט בתוךמבוך שייבנו הסטודנטים

על פי ההנחיות המפורטות בספר הניסוי.

חלק זה דורש יישום מה שהם למדו על משוואות התנועה ונתוני הרובוט,

תוך תיקון הפרמטרים בהתאם למתבצע בשטח.

14

Think

מיזוג ביןsense -ו Drive כך שהרובוט

יעבור במבוך תוך כדי פעולת החיישן מבלי

שתגובת העצירה תופעל

הכירות עם אלגוריתםA ומתן מענה *

לשאלות תיאורטיות בנושא זה.

הרצת קוד התחמקותממכשולים ובחינת

התנהגות הרובוט עם המפגש בחפצים. מתן מענה לשאלות בנושא.

15

מקורות:

Scanning and mapping http://www.education.rec.ri.cmu.edu/previews/nxt_products/robotics_eng_vol_2/preview/content/scanmap/index.htm

Overview of the LabVIEW Robotics Module http://zone.ni.com/devzone/cda/tut/p/id/11564#toc6

A LabVIEW Based Experimental Platform for Ultrasonic Range Measurements - http://www.icgst.com/DSP/Volume6/Issue2/P1180641001.pdf

An Introduction to A* Path Planning (using LabVIEW)http://decibel.ni.com/content/docs/DOC-8983

Algorithms and Data Structures http://www.cs.princeton.edu/courses/archive/spring09/cos226/assignments/

IEEE Journal of Robotics and Automation Vol 7, No 3, June 1991, pp. 278-288

Enhanced Uncertainty Modeling for robot localizationE. Fabrizi , G. Oriolo , S. Panzieri , G. Ulivi

16

מקורות - המשך:

Localization and mappin Using NI Robotics KitAnson Dorsey (ajd53) , Jeremy Fein (jdf226) , Eric Gunther (ecg35)

The A* Algorithm- http://theory.stanford.edu/~amitp/GameProgramming/AStarComparison.html#S3

University of Moratuwa B.Sc. Engineering MAP BUILDING WITH ROTATING ULTRASONIC RANGE SENSOR- http://www.ent.mrt.ac.lk/iml/projects/2006/2k6EN407P7/report.pdf

Robotics starter kit first impression - http://decibel.ni.com/content/message/17478#17478

17

סיכום

הניסוי הנ"ל שם דגש על התנסות חוויתית שלהסטודנטים עם עקרונות בסיסיים ברובוטיקה.

הניסוי לא בא להפוך את הסטודנטים למומחים או למומחי רובוטיקה, אלא לתת טעימה LabVIEWב

ראשונית מהנושא, ולעורר את הסקרנות של אותם סטודנטים לנושא.

הניסוי שם דגש על העקרונות הנפוצים ביותר בעולםהרובוטים, כגון תנועה דיפרנציאלית וחישה אולטרא

.VFHסונית, כמו גם התבססות הניסוי על הרובוט שלNI התבררה כניסיון

שצלח, שכן הרובוט התגלה כאמין יחסית ועמיד פבני עבודה ממושכת. כמו כן התמיכה שניתנה בזמן העבודה

בארץ NIעל הפרוייקט הראתה שישנה תשתית של שיכולה לתת תמיכה בזמן אמת.

18

סיכום - המשך

צפויים קשיי קליטה למערכת בטכניון שכן היא רגישהלשינויים בסביבת ההרצה, ולנייוד שלה ממערכת מחשוב

אחת לאחרת. -מנחה הניסוי צריך להיות בעל ידע טוב בLABVIEW

ובעל הכרות מעמיקה עם החומרה.-הונח הבסיס לעבודה עם רובוט הStarter Kit

. הקוד מאפשר שליטה מלאה על LabVIEWבאמצעות של המנועים ומנוע הסנסור, כמו גם מכיל Encodersה-

דוגמאות לשימוש בהם על פי אלגוריתמים שונים.-הGUI בנוי בשיטת Object Oriented כך שהוספה של

אפשרית במאמץ קטן מבלי צורך לשנות GUIתכונות ל-את שאר הקוד.

הוספת דונגל אל חוטי לרובוט תאפשר לו ניידות רבהיותר במעבדה.