Show page

Differences

This shows you the differences between two versions of the page.

--- pm:prj2023:vstoica:masinacughidajinteligent [2023/05/20 16:49]
elena_madalina.dima [Jurnal]
+++ pm:prj2023:vstoica:masinacughidajinteligent [2023/05/29 00:29] (current)
elena_madalina.dima [Bibliografie/Resurse]
@@ Line 37: / Line 37: @@
 </note>
-Alimentarea se face folosind 4 baterii de 1,5V, plasate într-un suport de baterii conectat la motor-shield.
+Alimentarea se face folosind 4 baterii de 1,5V, plasate într-un suport de baterii conectat la motor-shield la care se adaugă o baterie de 9V pentru alimentarea plăcuței Arduino.
@@ Line 63: / Line 63: @@
 <note tip>
-Descrierea codului aplicaţiei (firmware):
+===== Platforme utilizate=====
   * mediu de dezvoltare: Arduino IDE
-  * librării şi surse 3rd-party: Adafruit Motor Shield
+  * librării şi surse 3rd-party:
+      * Adafruit Motor Shield pentru controlul motoarelor,
+      * NewPing.h pentru controlul senzorilor de distanță
+      * Servo.h pentru control servomotorului
 </note>
-===== Rezultate Obţinute =====
+==== Descrierea codului ====
-<note tip>
+Includerea bibliotecilor necesare
-Care au fost rezultatele obţinute în urma realizării proiectului vostru.
+<code>
+#include <Servo.h>
+#include <Servo.h>
+#include <NewPing.h>
+#include <AFMotor.h>
+</code>
+Pentru a spori lizibilitatea codului și a lucra mai ușor cu pinii și constantele folosite s-au definit următoarele macro-uri:
+<code>
+#define TRIG_PIN_OBS A0
+#define ECHO_PIN_OBS A3
+#define TRIG_PIN_S A2
+#define ECHO_PIN_S A5
+#define MAX_DIST 400
+#define MAX_SPEED 255
+</code>
+Senzorii, motoarele și servomotorul au fost declarate global folosindu-se funcțiile specifice de bibliotecă.
+Prin sonarObs se face referire la senzorul de distanță plasat deasupra robotului care măsoară distanța față de obiectele din față, fiind folosit pentru ocolirea obstacolelor. SonarS  desemnează al doilea senzor de distanță utilizat, cel cu care se verifică dacă mașinuța încă se află pe o suprafață.
+<code>
+NewPing sonarObs(TRIG_PIN_OBS, ECHO_PIN_OBS, MAX_DIST);
+NewPing sonarS(TRIG_PIN_S, ECHO_PIN_S, MAX_DIST);
+AF_DCMotor motorRight(2,  MOTOR12_8KHZ);
+AF_DCMotor motorLeft(3,  MOTOR12_8KHZ);
+Servo servo;
+</code>
+Mesajele primite de către roboțel sunt de tip caracter, fiecare literă declanșând o anumită acțiune. Lista comenzilor disponibile este prezentată mai jos. Astfel, variabila //dataIn// reține comanda primită și inițial are valoare 'S', asociată cu oprirea motoarelor. Una dintre funcționalitățile oferite este setarea vitezei de deplasare, aceasta fiind reținută în variabila //speed//, care inițial are valoarea maximă. Variabila //dist// reprezintă distanța până la cel mai apropiat obiect din față, în timp ce //distS// reprezintă distanță până la suprafață pe care se deplasează mașina.
+<code>
+char dataIn = 'S';
+int speed = 255;
+int dist = 100;
+int distS = 0;
+</code>
+Pentru fiecare tip de deplasare al mașinuței s-a implementat câte o funcție după cum urmează:
+<code>
+// stop
+void turnOffMotors() {
+  motorRight.run(RELEASE);
+  motorLeft.run(RELEASE);
+}
+// deplasare în față
+void moveForward() {
+    motorRight.setSpeed(speed);
+    motorLeft.setSpeed(speed);
+    motorRight.run(FORWARD);
+    motorLeft.run(FORWARD);
+}
+// deplasare in spate
+void moveBackward() {
+    motorRight.setSpeed(speed);
+    motorLeft.setSpeed(speed);
+    motorRight.run(BACKWARD);
+    motorLeft.run(BACKWARD);
+}
+// întoarcere la stânga
+void turnLeft() {
+  motorRight.setSpeed(speed);
+  motorLeft.setSpeed(speed);
+  motorRight.run(FORWARD);
+  motorLeft.run(BACKWARD);
+}
+// întoarcere la dreapta
+void turnRight() {
+  motorRight.setSpeed(speed);
+  motorLeft.setSpeed(speed);
+  motorRight.run(BACKWARD);
+  motorLeft.run(FORWARD);
+}
+// deplasare la stanga
+void moveLeft() {
+  motorRight.setSpeed(speed);
+  motorLeft.setSpeed(speed);
+  motorRight.run(FORWARD);
+  motorLeft.run(BACKWARD);
+  delay(500);
+  motorRight.setSpeed(speed);
+  motorLeft.setSpeed(speed);
+  motorRight.run(FORWARD);
+  motorLeft.run(FORWARD);
+}
+// deplasare la dreapta
+void moveRight() {
+  motorRight.setSpeed(speed);
+  motorLeft.setSpeed(speed);
+  motorRight.run(BACKWARD);
+  motorLeft.run(FORWARD);
+  delay(500);
+  motorRight.setSpeed(speed);
+  motorLeft.setSpeed(speed);
+  motorRight.run(FORWARD);
+  motorLeft.run(FORWARD);
+}
+// deplasare în direcția Nord - Est
+void moveRightForward() {
+  motorRight.setSpeed(speed / 2);
+  motorLeft.setSpeed(speed);
+  motorRight.run(FORWARD);
+  motorLeft.run(FORWARD);
+}
+// deplasare în direcția Sud - Est
+void moveRightBackward() {
+  motorRight.setSpeed(speed / 2);
+  motorLeft.setSpeed(speed);
+  motorRight.run(BACKWARD);
+  motorLeft.run(BACKWARD);
+}
+// deplasare în direcția Nord - Vest
+void moveLeftForward() {
+  motorRight.setSpeed(speed);
+  motorLeft.setSpeed(speed / 2);
+  motorRight.run(FORWARD);
+  motorLeft.run(FORWARD);
+}
+// deplasare în direcția Sud - Vest
+void moveLeftBackward() {
+  motorRight.setSpeed(speed);
+  motorLeft.setSpeed(speed / 2);
+  motorRight.run(BACKWARD);
+  motorLeft.run(BACKWARD);
+}
+</code>
+Pentru virajele la stânga, respectiv la dreapta, roata dinspre viraj se mișcă în spate, iar cealaltă roată se mișcă în față, în timp ce deplasările pe diagonale sunt realizate prin setarea de viteze diferite pentru cele două motoare.
+Inițializarea servomotorului cuprinde 2 etape: legarea la pinul 10 prin funcția de bibliotecă //attach// și setarea unghiului la 90º, unghi la care senzorul de distanță are orientarea corespunzătoare.
+<code>
+void initServo() {
+  servo.attach(10);
+  servo.write(90);
+}
+</code>
+Inițializările a fost incluse în funcția //setup//:
+<code>
+void setup() {
+  Serial.begin(9600);
+  initServo();
+  turnOffMotors();
+}
+</code>
+**Logica principală**
+Pentru implementarea modului manual de control al robotului, comenzile primite prin modulul Bluetooth sunt analizate și se apelează funcția corespunzătoare comenzii primite.
+<note tip>Literele care definesc comenzile au fost alese astfel încât să corespundă celor folosite în aplicația mobilă  descrisă în link pentru a se putea realiza astfel și controlul mașinii folosind telefonul drept telecomandă. Aplicația permite și controlul roboțelului prin mișcarea telefonului, folosindu-se de accelerometru
+[[https://play.google.com/store/apps/details?id=braulio.calle.bluetoothRCcontroller&pli=1|Aplicație control mașină]]</note>
+<code>
+void loop() {
+  // put your main code here, to run repeatedly:
+  char command = getBluetoothInput();
+  Serial.println(command);
+  switch (command) {
+    case 'F':
+      moveForward();
+      command = getBluetoothInput();
+      break;
+    case 'B':;
+      moveBackward();
+      command = getBluetoothInput();
+      break;
+    case 'L':
+      turnLeft();
+      command = getBluetoothInput();
+      break;
+    case 'R':
+      turnRight();
+      command = getBluetoothInput();
+      break;
+    case 'I':
+      moveRightForward();
+      command = getBluetoothInput();
+      break;
+    case 'J':
+      moveRightBackward;
+      command = getBluetoothInput();
+      break;
+    case 'G':
+      moveLeftForward();
+      command = getBluetoothInput();
+      break;
+    case 'H':
+      moveLeftBackward();
+      command = getBluetoothInput();
+      break;
+    case 'S':
+      turnOffMotors();
+      command = getBluetoothInput();
+      break;
+    case 'W':
+      servo.write(90);
+      command = getBluetoothInput();
+      break;
+    case '1':
+      servo.write(45);
+      command = getBluetoothInput();
+      break;
+    case '2':
+      servo.write(0);
+      command = getBluetoothInput();
+      break;
+    case '3':
+      servo.write(135);
+      command = getBluetoothInput();
+      break;
+    case '4':
+      servo.write(180);
+      command = getBluetoothInput();
+      break;
+    case '5':
+      speed = 150;
+      command = getBluetoothInput();
+      break;
+      case '6':
+      speed = 175;
+      command = getBluetoothInput();
+      break;
+      case '7':
+      speed = 200;
+      command = getBluetoothInput();
+      break;
+      case '8':
+      speed = 225;
+      command = getBluetoothInput();
+      break;
+      case '9':
+      speed = 250;
+      command = getBluetoothInput();
+      break;
+      case 'V':
+        avoid();
+        command = getBluetoothInput();
+        break;
+  }
+}
+</code>
+<note>** Comenzi disponibile **
+  * //F// → deplasare înainte
+  * //B// → deplasare înapoi
+  * //L// → viraj stânga
+  * //R// → viraj dreapta
+  * //I// → deplasare Nord - Est
+  * //J// → deplasare Sud - Est
+  * //G// → deplasare Nord - Vest
+  * //H// → deplasare Sud - Vest
+  * //S// → oprire
+  * //W// → aducerea servo-ului în poziția inițială (90º)
+  * //1// → aducerea servo-ului la 45º (deplasare senzor spre dreapta)
+  * //2// → aducerea servo-ului la 0º (deplasare senzor spre dreapta)
+  * //3// → aducerea servo-ului la 135º (deplasare senzor spre stânga)
+  * //4// → aducerea servo-ului la 180º (deplasare senzor spre stânga)
+  * //5// → setarea vitezei la 150
+  * //6// → setarea vitezei la 175
+  * //7// → setarea vitezei la 200
+  * //8// → setarea vitezei la 225
+  * //9// → setarea vitezei la 250
+  * //V// → declanșarea modului automat
 </note>
-Design inițial:
+** Implementarea modului automat **
+Prima dată se efectuează verificarea faptului că robotul încă se află pe o suprafață prin citirea distanței dintre senzorul de distanță S și primul obiect găsit dedesut. O distanță mai mare de 7cm semnalizează faptul că în față suprafață se termină, așa că robotul se oprește, se deplasează înapoi pentru a evita căderea la ocolirea marginii și se întoarce spre stânga.
+După ce s-a validat faptul că deplasarea în față nu poate cauza căderea de pe masă, se verifică dacă există obstacole în apropiere. Pentru aceasta se citește distanța până la primul obiect din față și când această distanță este mai mică de 25 cm se consideră că obiectul identificat este o aminințare și trebuie ocolit. Direcția în care se continuă deplasarea este aleasă pe baza distanței maxime. Mai precis, senzorul de distanță Obs se direcționează spre dreapta prin aducerea servomotorului la 0º, determină distanța până la cel mai apropiat obstacol și se aduce servomotorul în starea inițială(la 90º). Asemănător se determină și distanță din stânga, cu diferență că, de această dată servo-ul este adus la 180º. Calcularea acestor distațe este realizată prin funcțiile:
+<code>
+int getRightDist() {
+  servo.write(0);
+  delay(500);
+  delay(70);
+  int dist = sonarObs.ping_cm();
+  delay(100);
+  servo.write(90);
+  return dist;
+}
+int getLeftDist() {
+  servo.write(180);
+  delay(500);
+  delay(70);
+  int dist = sonarObs.ping_cm();
+  delay(100);
+  servo.write(90);
+  return dist;
+}
+</code>
+Astfel, deplasarea se continuă în direcția obstacolului cel mai depărtat. Dacă nu s-a identificat un obstacol în apropiere și nici nu există pericolul de cădere, mașinuța se deplasează înainte.
+Logica completă a acestui mod de funcționare este implementată astfel:
+<code>
+void avoid() {
+  distS = sonarS.ping_cm();
+      delay(40);
+      if (distS >= 7) {
+        turnOffMotors();
+        delay(300);
+        moveBackward();
+        delay(50);
+        turnLeft();
+        delay(100);
+      } else {
+        int rDist = 0;
+        int lDist = 0;
+        dist = sonarObs.ping_cm();
+        delay(40);
+        if (dist <= 25) {
+          // obstacle is too close and needs to be avoided
+          Serial.println("obstacle is too close and needs to be avoided");
+          turnOffMotors();
+          delay(100);
+          moveBackward();
+          delay(300);
+          turnOffMotors();
+          delay(200);
+          rDist = getRightDist();
+          delay(200);
+          lDist = getLeftDist();
+          delay(200);
+          if (rDist >= lDist) {
+            moveRight();
+            turnOffMotors();
+          } else {
+            moveLeft();
+            turnOffMotors();
+          }
+        } else {
+          Serial.println("No obstacles on my way");
+          delay(15);
+          moveForward();
+        }
+      }
+      dist = sonarObs.ping_cm();
+}
+</code>
+===== Rezultate Obţinute =====
+**Design inițial:**
 {{:pm:prj2023:vstoica:robo_ext_initial.jpg?300|}}
 {{:pm:prj2023:vstoica:robo_interior.jpg?300|}}
+Inițial s-a optat pentru o carcasă încăpătoare pentru a nu înghesui componentele și a se încerca o organizare a cablurilor cât mai neîncâlcită, dar, în urma testării s-a dovedit că acest design are probleme cu echilibrul, la plecarea de pe loc, datorită inerției, robotul căzând pe spate. De asemenea, această carcasă, fiind dintr-un carton destul de subțire nu oferea stabilitate și motoarele nu puteau fi fixate corespunzător, aspect ce afecta direcția de deplasare.
+De aceea s-a optat pentru schimbarea carcasei cu una mai scundă și mai lată ce oferă o stabiltate mai bună, construită dintr-un carton mai tare ce permite fixarea componentelor. Deși spațiul este mai mic, nu s-a renunțat la păstrarea firelor neîncâlcite, încercându-se o organizarea cât mai ordonată a componentelor.
+**Design final**
+{{:pm:prj2023:vstoica:roboprofil.jpg?300|}}
+{{:pm:prj2023:vstoica:roboint.jpg?300 |}}
+===== Testare =====
+** Primul test - control manual**
+<html>
+<iframe width="315" height="560" src="https://www.youtube.com/embed/rOxbt2LLabQ" title="YouTube video player" frameborder="0" allow="accelerometer; autoplay; clipboard-write; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture; web-share" allowfullscreen></iframe>
+</html>
+** Test 2 - cotrol automat - evitare cădere **
+<html>
+<iframe width="560" height="315" src="https://www.youtube.com/embed/eCf7HtQ_wfY" title="YouTube video player" frameborder="0" allow="accelerometer; autoplay; clipboard-write; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture; web-share" allowfullscreen></iframe>
+</html>
+Roboțelul evită căderea doar când marginea suprafeței este înaintea lui, pentru acoperirea celorlalte cazuri fiind nevoie de senzori de distanță pe fiecare latură care să funcționeze similar cu cel folosit în acest proiect.
+** Test 3 - control automate evitare obstacole mai scunde ca senzorul **
+<html>
+<iframe width="560" height="315" src="https://www.youtube.com/embed/K5d2GHRPa-Q" title="YouTube video player" frameborder="0" allow="accelerometer; autoplay; clipboard-write; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture; web-share" allowfullscreen></iframe>
+</html>
+Acest test a scos la iveală faptul că roboțelul ignoră obstacolele care nu intră în aria lui vizuală. O versiune mai avansată ar putea folosi fie mai mulți senzori, plasați la diferite înălțimi, fie un singur senzor care să își poată modifica unghiul sub care privește.
+** Test 4 - control automat - evitare obstacole **
+<html>
+<iframe width="560" height="315" src="https://www.youtube.com/embed/j8LSfHhxT8A" title="YouTube video player" frameborder="0" allow="accelerometer; autoplay; clipboard-write; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture; web-share" allowfullscreen></iframe>
+</html>
+** Test 5 - control automate unghi ascuțit **
+<html>
+<iframe width="560" height="315" src="https://www.youtube.com/embed/l80RhuYGHPo" title="YouTube video player" frameborder="0" allow="accelerometer; autoplay; clipboard-write; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture; web-share" allowfullscreen></iframe>
+</html>
+În cadrul acestui test se poate observa faptul că șansele ca un obstacol să fie identificat scad atunci când unghiul dintre acesta și senzorul de distanță este ascuțit. Această problemă ar putea fi rezolvată fie prin adăugarea mai multor senzori care să monitorizeze simultan mai multe direcții, fie prin mai multe verificări efectuate cu un singur senzor prin poziționarea sa în mai multe unghiuri înainte de a se lua decizia dacă există sau nu un obstacol.
 ===== Concluzii =====
+. Ca în cadrul oricărei lucrări, proiectarea este una dintre etapele cele mai importante, în cazul în care este făcută cu atenție, având ca rezultat o desfășurare cu mai puține erori a proiectului, alături de evitarea unor costuri suplientare atât materiale, cât și temporale.
+. Roboțelul este departe de o formă finală, putând fi îmbunătățit în foarte multe feluri (adăugarea mai multor senzori pentru identificarea corectă a obstacolelor și evitarea tuturor cazurilor în care poate cădea de pe suprafață, adăugarea mai multor elemente de design, leduri, buzzer pentru redarea unor sunete diferite în funcție de modul de funcționare, semnalizarea blocării)
 ===== Download =====
+Codul folosit
+{{:pm:prj2023:vstoica:robo.zip|Arhivă cod}}
-<note warning>
-O arhivă (sau mai multe dacă este cazul) cu fişierele obţinute în urma realizării proiectului: surse, scheme, etc. Un fişier README, un ChangeLog, un script de compilare şi copiere automată pe uC crează întotdeauna o impresie bună ;-).
-Fişierele se încarcă pe wiki folosind facilitatea **Add Images or other files**. Namespace-ul în care se încarcă fişierele este de tipul **:pm:prj20??:c?** sau **:pm:prj20??:c?:nume_student** (dacă este cazul). **Exemplu:** Dumitru Alin, 331CC -> **:pm:prj2009:cc:dumitru_alin**.
-</note>
 ===== Jurnal =====
 <note tip>
-  * 26.04 - Alegere proiect
+  * 26.04: - Alegere proiect
-  * 28.04 - 30.04 - Achiziționare componente
+  * 28.04: - 30.04 - Achiziționare componente
-  * 02.05 - lipit fire motoare
+  * 02.05: - Lipit fire motoare
-  * 05.05 - schemă electrică
+  * 05.05: - Schemă electrică
-  * 06.05 - Documentație inițială
+  * 06.05: - Documentație inițială
-  * 12.05 - 14. 05 - lipit fire componente + asamblare
+  * 12.05: - 14. 05 - Lipit fire componente + asamblare
+  * 20.05: - Completări documenație: detaliere descriere generală
+  * 21.05:
+         - Testat deplasare robot
+         - Schimbat șasiu și carcasă din motive de echilibru
+  * 22.05 - Testare senzor de distanță - erori
+  * 23.05 - Depanare erori senzor distanță
+  * 27.05 - Scriere cod pentru verificare suprafață și evitare obstacole
+  * 28.05
+          - Verificare funcționalitate robot
+          - Definitivare documentație
 </note>
 ===== Bibliografie/Resurse =====
-<note>
-Listă cu documente, datasheet-uri, resurse Internet folosite, eventual grupate pe **Resurse Software** şi **Resurse Hardware**.
-</note>
 Resurse hardware:
 https://lastminuteengineers.com/l293d-motor-driver-shield-arduino-tutorial/
+https://howtomechatronics.com/tutorials/arduino/arduino-and-hc-05-bluetooth-module-tutorial/
+https://howtomechatronics.com/tutorials/arduino/ultrasonic-sensor-hc-sr04/
+https://playground.arduino.cc/Code/NewPing/#Example
+https://components101.com/sites/default/files/component_datasheet/HC-05%20Datasheet.pdf
 https://5.imimg.com/data5/PX/UK/MY-1833510/l293d-based-arduino-motor-shield.pdf
+https://datasheetspdf.com/pdf-file/1351717/Microchip/ATmega328P/1
 Tutoriale:
@@ Line 116: / Line 579: @@
 https://www.instructables.com/Make-Your-First-Arduino-Robot-the-Best-Tutorial/
 https://www.instructables.com/How-to-Make-Smart-Obstacle-Avoiding-Robot-Using-Ar/
+https://www.viralsciencecreativity.com/post/arduino-simple-obstacle-avoiding-robo
+https://srituhobby.com/how-to-make-an-obstacle-avoiding-robot-with-three-ultrasonic-sensors/
 <html><a class="media mediafile mf_pdf" href="?do=export_pdf">Export to PDF</a></html>