Εισαγωγή
Αφού κατανοήσαμε εννοιολογικά τι σημαίνει «ακολουθώ γραμμή» ως αυτοματισμός, περνάμε τώρα στο φυσικό μέσο που μας επιτρέπει να υλοποιήσουμε αυτή τη συμπεριφορά στο R2: τον αισθητήρα παρακολούθησης γραμμής. Στην υποενότητα αυτή εστιάζουμε όχι στον προγραμματισμό, αλλά στον τρόπο με τον οποίο ο αισθητήρας αντιλαμβάνεται το περιβάλλον και μετατρέπει το φως σε πληροφορία.
Πώς “βλέπει” τη γραμμή ο αισθητήρας
Ο αισθητήρας παρακολούθησης γραμμής βασίζεται στην αρχή της ανάκλασης φωτός. Εκπέμπει φως προς το έδαφος και μετρά την ποσότητα του φωτός που επιστρέφει στον δέκτη του. Οι ανοιχτόχρωμες επιφάνειες, όπως το λευκό χαρτί ή ένα ανοιχτόχρωμο θρανίο, ανακλούν μεγάλο μέρος του φωτός που δέχονται, ενώ οι σκούρες επιφάνειες, όπως μια μαύρη γραμμή ή μια μαύρη ταινία, απορροφούν μεγαλύτερο ποσοστό του φωτός.
Ο αισθητήρας δεν «βλέπει» τη γραμμή ως σχήμα ή σχέδιο, αλλά ανιχνεύει διαφορές στη φωτεινότητα της επιφάνειας κάτω από το ρομπότ. Όταν το R2 κινείται από μια ανοιχτόχρωμη περιοχή προς μια σκούρα, η μεταβολή στην ανακλώμενη φωτεινή ένταση μεταφράζεται σε διαφορετική ένδειξη του αισθητήρα.
Αυτή η συνεχής μέτρηση επιτρέπει στο σύστημα να αντιλαμβάνεται αν βρίσκεται πάνω στη γραμμή, αν αποκλίνει από αυτήν ή αν την έχει χάσει προσωρινά. Η πληροφορία αυτή δεν είναι απόλυτη ή «σωστή–λάθος», αλλά σχετική και εξαρτώμενη από το περιβάλλον, γεγονός που καθιστά απαραίτητη τη σωστή ερμηνεία της στις επόμενες φάσεις σχεδιασμού της συμπεριφοράς.
Ο τριπλός αισθητήρας και ο ρόλος κάθε στοιχείου
Ο αισθητήρας παρακολούθησης γραμμής του R2 αποτελείται από τρεις επιμέρους ανιχνευτές: τον αριστερό, τον κεντρικό και τον δεξιό. Η συγκεκριμένη διάταξη δεν είναι τυχαία, αλλά σχεδιασμένη ώστε να μας παρέχει χωρική πληροφορία για τη θέση του ρομπότ σε σχέση με τη γραμμή.
Όταν ο κεντρικός αισθητήρας ανιχνεύει τη γραμμή, μπορούμε να θεωρήσουμε ότι το R2 βρίσκεται σωστά ευθυγραμμισμένο και μπορεί να συνεχίσει την κίνησή του προς τα εμπρός. Αντίθετα, όταν ενεργοποιείται ο αριστερός ή ο δεξιός αισθητήρας, αυτό αποτελεί ένδειξη ότι το ρομπότ αποκλίνει από τη γραμμή και χρειάζεται διόρθωση προς την αντίθετη κατεύθυνση.
Η πληροφορία που λαμβάνουμε από τον αισθητήρα δεν είναι ποτέ μία μεμονωμένη ένδειξη, αλλά ένας συνδυασμός καταστάσεων των τριών στοιχείων. Αυτός ο συνδυασμός μας επιτρέπει να περιγράψουμε τη συμπεριφορά του ρομπότ με κανόνες, όπως πότε βρίσκεται πάνω στη γραμμή, πότε κινείται εκτός πορείας και πότε απαιτείται διορθωτική κίνηση.
Η ύπαρξη τριών αισθητήρων καθιστά σαφές ότι η παρακολούθηση γραμμής δεν βασίζεται σε απλές αντιδράσεις, αλλά σε λογική επεξεργασία πολλαπλών ενδείξεων, γεγονός που προετοιμάζει φυσικά τη μετάβαση στη χρήση λογικών τελεστών και στη συστηματική λήψη αποφάσεων.
Ρύθμιση αισθητήρα παρακολούθησης γραμμής του R2 στις συνθήκες περιβάλοντος
Περιβάλλον, επιφάνεια και αξιοπιστία
Η λειτουργία του αισθητήρα επηρεάζεται έντονα από το περιβάλλον:
-
το πλάτος της γραμμής,
-
την αντίθεση μεταξύ γραμμής και επιφάνειας,
-
τον φωτισμό του χώρου,
-
την απόσταση του αισθητήρα από το έδαφος.
Για τον λόγο αυτό, η χρήση μαύρης ταινίας πάνω σε ανοιχτόχρωμη επιφάνεια αποτελεί μια σταθερή και αξιόπιστη επιλογή για την εκπαιδευτική δραστηριότητα.
Ο καθένας από τους τρεις αισθητήρες έχει μι αβιδούλα επάνω για να ρυθμιστεί. Και αυτό θα πρέπει να γίνεται κάθε φορά που δοκιομάζεται να ακολουθήσετε γραμμή. Διαφορετική ρύθμιση σε ένα τραπέζι διαφορετική στο άλλο, άλλη το πρωί άλλη το μεσημέρι άλλη το απόγευμα άλλη με θερμό φωτισμό άλλη με ψυχρό. Δεν είναι δύσκολη όμως, τοποθετούμε τον αισθητήρα επάνω στην μαυρη γραμμή, περιστρέφουμε τον διακόπτη με ένα ίσιο κατσαβίδι έως ότου σβήσουμε το led επισήμανσης. Αν είναι εξ αρχής σβηστο περιστρέφουμε έως ότου βρούμε το σημείο που ανάβει και γυρνάμε λίγο για να σβήσουμε στο όριο του. Παρακολουθήστε το βίντεο.
Αλγόριθμος
Αφού υλοποιήσαμε την τελική λύση follow line, περνάμε στο πιο ουσιαστικό μέρος της δραστηριότητας: στις δοκιμές και στη βελτιστοποίηση. Στόχος μας δεν είναι απλώς «να δουλέψει», αλλά να δουλέψει σταθερά, ομαλά και επαναλήψιμα, ώστε να μπορούμε να τη μεταφέρουμε με ασφάλεια στην τάξη.
Σε αυτή την υποενότητα αξιοποιούμε και το βίντεο που έχουμε ετοιμάσει, στο οποίο παρουσιάζουμε στον αρχικό προγραμματισμό τις βασικές συνθήκες αλλά και τις δευτερέυουσες, τον προγραμματισμό και την πρώτη λειτουργία του follow line. Το βίντεο λειτουργεί ως κοινό σημείο αναφοράς: παρατηρούμε όλοι τα ίδια στιγμιότυπα, εντοπίζουμε τις ίδιες δυσκολίες και συζητάμε πάνω σε πραγματικά δεδομένα συμπεριφοράς του ρομπότ.
Βίντεο 1
Βίντεο 2
Δοκιμές
Κατά τις δοκιμές μας, ξεκινάμε από μια «καθαρή» πίστα με μαύρη ταινία (δοκιμάστε μια με “καλό” πλάτος) , πάνω σε ανοιχτόχρωμη