Fakultät für Informatik, Institut für Robotik Laborpraktikum I Legorobotik in JAVA EV3

Transkript

1 Fakultät für Informatik, Institut für Robotik Laborpraktikum I Legorobotik in JAVA EV3 Ute Ihme Hochschule Mannheim Ute Ihme

2 DAS LEGO MINDSTORMS System Die Bausysteme source: Lego via Cnet 1999: RCX 2007: NXT 2013: EV3 Hochschule Mannheim Ute Ihme März

3 DAS LEGO MINDSTORMS System Das EV3 System Prinzip von LEGO MINDSTORMS Roboter wird gebaut mit programmierbarem LEGO Stein bis zu 4 Motoren oder Lampen bis zu 4 Sensoren LEGO TECHNIC Teile Erstellung eines Steuerprogramms am Computer Übertragen des Programms auf den Roboter Testen des Programms Hochschule Mannheim Ute Ihme März

4 DAS LEGO MINDSTORMS System Standardsensoren Berührungssensor Tastsenor Ultraschallsensor Gyrosensor Farbsensor Mannheim University of Applied Sciences Ute Ihme March 4,

5 DAS SPIELFELD EXPLORE MARS Allgemeiner Aufbau Mannheim University of Applied Sciences Ute Ihme March 4,

6 Start der Entwicklungsumgebung Starten von Eclipse 1. Starten der 32-bit Version von Eclipse (Eclipse Luna) 2. Auswahl des Arbeitsbereiches Standardeinstellungen übernehmen auf OK-Button drücken Hochschule Mannheim Ute Ihme März

7 Start der Entwicklungsumgebung Starten von Eclipse 3. Programmierumgebung Eclipse wird gestartet Navigationsleiste Dateinavigator Feld für Programmentwicklung Informationsfeld Mannheim University of Applied Sciences Ute Ihme March 4,

8 Start der Entwicklungsumgebung Starten von Eclipse 3. Programmierung vorbereiten Datei wählen Mannheim University of Applied Sciences Ute Ihme March 4,

9 Start der Entwicklungsumgebung Starten von Eclipse 3. Programmierung vorbereiten - Neu und - Projekt auswählen - LeJOS EV3 Projekt wählen - auf Weiter> drücken Mannheim University of Applied Sciences Ute Ihme March 4,

10 Start der Entwicklungsumgebung Starten von Eclipse 3. Programmierung vorbereiten Projektname eingeben Fertigstellen drücken Mannheim University of Applied Sciences Ute Ihme March 4,

11 JAVA Code JAVA Basics I Jedes JAVA Programm besteht aus Klassen. public class Berechnung { // hier wird der Programmcode eingefügt } Eine der Klassen muss eine main Methode besitzen. public class Berechnung { public static void main(string[] args) { // hier wird der Programmcode eingefügt } } Mannheim University of Applied Sciences Ute Ihme March 4,

12 Start der Entwicklungsumgebung Starten von Eclipse 3. Programmierung vorbereiten - Datei - neu - Klasse wählen Mannheim University of Applied Sciences Ute Ihme March 4,

13 Start der Entwicklungsumgebung Starten von Eclipse 3. Programmierung vorbereiten 1. Klassennamen eingeben 2. Hier zusätzlich public static void main ankreuzen, wenn Klasse main Methode enthalten soll. 3. Fertigstellen drücken Mannheim University of Applied Sciences Ute Ihme March 4,

14 Start der Entwicklungsumgebung Starten von Eclipse 3. Programmierung vorbereiten Nun kann das Programmieren beginnen! Mannheim University of Applied Sciences Ute Ihme March 4,

15 JAVA Code Realisierung eines Pausenbefehls 1. Warten darauf, dass ein Knopf des NXT Steins gedrückt wird Button.waitForAnyPress(); 2. Nutzung eines lejos Pausen - Befehls Delay.msDelay(2000); Hochschule Mannheim Ute Ihme März

16 JAVA Code Displayanzeige Syntax: 1. Nutzung des Standard JAVA Befehls System.out.println("Hello World!") 2. Nutzung des lejos Befehls a) für Strings LCD.drawString( string", Zeile, Spalte)) LCD.drawString("Hello World 1", 0, 2); b) Für Zahlen LCD.drawInt(Zahl, Spalte, Zeile); LCD.drawInt(7, 0, 4); 3. Löschen des Displays LCD.clearDisplay(); Hochschule Mannheim Ute Ihme März

17 JAVA Code Das erste Programm: Bildschirmanzeige / Hello World // Importieren von LejosBibliotheken import lejos.hardware.button; import lejos.hardware.lcd.lcd; import lejos.utility.delay; public class HelloWorld { public static void main(string[] args) { // TODO Automatisch generierter Methodenstub // Nutzung der JAVA Syntax für die Ausgabe eines Strings System.out.println("Hello World!"); Button.waitForAnyPress(); // Bildschirmlöschen LCD.clear(); Hochschule Mannheim Ute Ihme März

18 JAVA Code Das erste Programm: Bildschirmanzeige / Hello World // Ausgabe eines Strings mit dem LejosBefehl LCD.drawString("Hello", 0, 2); // Warten für 2000ms Delay.msDelay(2000); // Ausgabe einer Zahl mit dem LejosBefehl LCD.drawInt(7, 0, 4); Delay.msDelay(2000); } } Hochschule Mannheim Ute Ihme März

19 JAVA Code Das erste Programm: Bildschirmanzeige / Hello World Datei speichern bzw. alle Dateien speichern drücken Hochschule Mannheim Ute Ihme März

20 JAVA Code Das erste Programm: Bildschirmanzeige / Hello World Ausführen als LeJOS EV3 Programm wählen, zuvor NXT Stein einschalten Hochschule Mannheim Ute Ihme März

21 DAS SPIELFELD EXPLORE MARS Mission 0: Displayanzeige Erstellen Sie ein erstes Programm, dass Ausgaben auf dem Display des EV3 realisiert. Programmieren Sie dazu zunächst, dass Beispiel der vorherigen Folien selbstständig nach! Realisieren Sie danach eigene Ausgaben! Hochschule Mannheim Ute Ihme März

22 DAS LEGO MINDSTORMS System Motoren Quelle: Lego Servomotor Verfügt über integrierten Rotationssensor misst Geschwindigkeit und Abstand Leitet Ergebnisse an NXT Stein weiter Motor kann auf einen Grad genau gesteuert werden Kombinationen mehrerer Motoren möglich arbeiten ggf. mit gleicher Geschwindigkeit Hochschule Mannheim Ute Ihme März

23 JAVA Code Die Klasse Motor Allgemeine Befehle Verwendung folgender import - Funktionen import lejos.hardware.motor.motor; Wichtige Methoden der Klasse Motor Vorwärtsfahren: Motor.A.forward(); Rückwärtsfahren: Motor.A.backward(); Verwendung der Portbezeichnung (A, B, C oder D), An den der Sensor angeschlossen Ist bzw. wird. Anhalten: Motor.A.stop(); Hochschule Mannheim Ute Ihme März

24 JAVA Code Motorensteuerung für 2 Motoren - zeitgesteuert - Syntax: Vorwärtsfahren: Motor.A.forward(); Motor.B.forward(); Rückwärtsfahren: Motor.A.backward(); Motor.B.backward(); Anhalten mit Bremsen: Motor.A.stop(); Motor.B.stop(); Kurve Motor.A.forward(); Motor.B.backward(); oder Motor.A.backward(); Motor.B.forward(); Anhalten mit Auslaufen: Motor.A.flt(); Motor.B.flt(); Mannheim University of Applied Sciences Ute Ihme March 4,

25 JAVA Code Motorensteuerung - zeitgesteuert - Programmbeispiel: import lejos.hardware.motor.motor; import lejos.utility.delay; public class Motoren { public static void main(string[] args) { } } // Vorwärtsfahren Motor.A.forward(); Motor.B.forward(); // Zeit in ms Delay.msDelay(2000); Motor.A.stop(); Motor.B.stop(); Mannheim University of Applied Sciences Ute Ihme March 4,

26 JAVA Code Motorensteuerung - zeitgesteuert - Programmelemente: // Rückwärtsfahren Motor.A.backward(); Motor.B.backward(); // Zeit in ms Delay.msDelay(2000); Motor.A.stop(); Motor.B.stop(); // Kurve mit einem Motor Motor.A.forward(); // Zeit in ms Delay.msDelay(2000); Motor.A.stop(); //Kurve mit 2 Motoren Motor.A.forward(); Motor.B.backward(); // Zeit in ms Delay.msDelay(2000); Motor.A.stop(); Motor.B.stop(); Mannheim University of Applied Sciences Ute Ihme March März 4,

27 DAS SPIELFELD EXPLORE MARS Mission 1 Schieben der Trägerrakete in Startposition Start und Ende: Base 1 Die Langstreckenrakete soll von der Ausgangsstellung zur Startrampe geschoben werden. Mannheim University of Applied Sciences Ute Ihme March 4,

28 DAS SPIELFELD EXPLORE MARS Mission 2: Starten der Langstreckenrakete mit dem Satelliten Start: Base 1 Ende: Base 2 Der Roboter soll der Straße folgen und die Langstreckenrakete aufrichten Mannheim University of Applied Sciences Ute Ihme March 4,

29 JAVA Code Arbeiten mit Sensoren Verwendung folgender import - Funktionen import lejos.hardware.port.sensorport; import lejos.hardware.sensor.*; import lejos.robotics.*; Hinweis: Die Initialisierung der Sensoren und die Abfrage der Messwerte erfolgt bei allen Sensoren nach dem gleichen Prinzip. Wichtig ist, dass stets der Port (S1, S2, S3 bzw. S4) in der Initialisierung verwendet wird, an dem der Sensor tatsächlich angeschlossen ist. Mannheim University of Applied Sciences Ute Ihme March 4,

30 DAS LEGO MINDSTORMS System Berührungssensor / Tastsensor Abfrage, ob Sensor gedrückt Werte des Sensors 0: Sensor nicht gedrückt 1: Sensor gedrückt Hochschule Mannheim Ute Ihme März

31 JAVA Code Berührungssensor / Tastsensor Initialisierung: SensorModes sensor1 = new EV3TouchSensor(SensorPort.S1); SampleProvider touch = sensor1.getmode("touch"); Jeweiligen Anschlußport Abfrage der Messwerte: angeben (S1, S2, S3 oder S4) // Initialisierung der Messwerte float pressed =0; float sample[] = new float[touch.samplesize()]; // Abfrage der Sensorwerte touch.fetchsample(sample, 0); pressed = sample[0]; Mannheim University of Applied Sciences Ute Ihme March 4,

32 JAVA Code Berührungssensor / Tastsensor Programmbeispiel: import lejos.hardware.motor.motor; import lejos.hardware.port.sensorport; import lejos.hardware.sensor.*; import lejos.robotics.*; public class Tastsensor { public static void main(string[] args) { // TODO Automatisch generierter Methodenstub } } - Programmcode nächste Folien Mannheim University of Applied Sciences Ute Ihme March März 4,

33 JAVA Code Berührungssensor / Tastsensor Programmcode für public static void main: // Initialisierung des Sensors SensorModes sensor1 = new EV3TouchSensor(SensorPort.S1); SampleProvider touch = sensor1.getmode("touch"); // Initialisierung der Messwerte float pressed =0; float sample[] = new float[touch.samplesize()]; Mannheim University of Applied Sciences Ute Ihme March 4,

34 JAVA Code Berührungssensor / Tastsensor Programmcode für public static void main: // Einschalten der Motoren Motor.A.forward(); Motor.B.forward(); // Abfrage der Sensorwerte bis Sensor gedrückt wird while(pressed ==0){ touch.fetchsample(sample, 0); pressed = sample[0]; } // Ausschalten der Motoren Motor.A.stop(); Motor.B.stop(); Mannheim University of Applied Sciences Ute Ihme March 4,

35 DAS SPIELFELD EXPLORE MARS Mission 3: Einschalten des Kontrollzentrums Start und Ende: Base 2 Der blaue Knopf am Kontrollzentrum soll betätigt werden. Der Roboter soll mit Hilfe eines Berührungssensors feststellen, wenn der blaue Knopf gedrückt ist. Wird der Berührungssensor ausgelöst, so soll der Roboter anhalten und für 3 s eine Aufschrift auf dem Display anzeigen. Erst danach soll der Roboter zurück zur Base 2 fahren. Mannheim University of Applied Sciences Ute Ihme March 4,

36 DAS LEGO MINDSTORMS System Ultraschallsensor Sensor sendet Ultraschall aus Schall wird von Hindernis reflektiert Reflektierter Schall wird vom Empfänger registriert Aus Laufzeit des Schalls kann auf die Entfernung geschlussfolgert werden Messwerte werden in Meter ausgegeben Hochschule Mannheim Ute Ihme März

37 JAVA Code Ultraschallsensor Initialisierung: SensorModes sensor4 = new EV3UltrasonicSensor(SensorPort.S4); SampleProvider us = sensor4.getmode("distance"); Abfrage der Messwerte: // Initialisierung der Messwerte float distanz=10; float sample[] = new float[us.samplesize()]; // Abfrage der Messwerte us.fetchsample(sample, 0); distanz = sample[0]; Jeweiligen Anschlußport angeben (S1, S2, S3 oder S4) Mannheim University of Applied Sciences Ute Ihme March 4,

38 JAVA Code Ultraschallsensor Programmbeispiel: import lejos.hardware.motor.motor; import lejos.hardware.port.sensorport; import lejos.hardware.sensor.*; import lejos.robotics.*; public class Ultraschall { public static void main(string[] args) { // TODO Automatisch generierter Methodenstub } } - Programmcode nächste Folien Hochschule Mannheim Ute Ihme März

39 JAVA Code Ultraschallsensor Programmcode für public static void main: // Initialisierung Ultraschallsensor SensorModes sensor4 = new EV3UltrasonicSensor(SensorPort.S4); SampleProvider us = sensor4.getmode("distance"); // Initialisierung der Messwerte float distanz=10; float sample[] = new float[us.samplesize()]; // Einschalten der Motoren Motor.A.forward(); Motor.B.forward(); Hochschule Mannheim Ute Ihme März

40 JAVA Code Ultraschallsensor Programmcode für public static void main: // Abfrage der Messwerte, // bis eine Entfernung unterschritten ist while(distanz >=0.05){ us.fetchsample(sample, 0); distanz = sample[0]; } // Ausschalten der Motoren Motor.A.stop(); Motor.B.stop(); Hochschule Mannheim Ute Ihme März

41 DAS SPIELFELD EXPLORE MARS Mission 4: Abholen der Astronauten Start und Ende: Base 2 Sensor: Ultraschallsensor Der Roboter soll die Astronauten abholen. Dazu soll er zur Raumfähre fahren und ca. 5 cm vor der Wand stehen bleiben. Die Astronauten können dann per Hand in den Roboter gesetzt werden. Nach Druck auf einen der Knöpfe des EV3 Steines oder durch Drücken des Tastsensors soll der Roboter zurück zur Base 2 fahren. Mannheim University of Applied Sciences Ute Ihme March 4,

42 DAS LEGO MINDSTORMS System Colorsensor Verfügt über mehrere Moden, z. B. Bestimmung des Farbwertes (ColorID) Bestimmung der reflektierten Helligkeit Zur Ausleuchtung kann eine LED eingeschaltet werden Hochschule Mannheim Ute Ihme März

43 DAS LEGO MINDSTORMS System Colorsensor ColorID Mode Bestimmung der Farbe Jede Farbe hat einen Wert Werte für EV3 Colorsensor Wert Farbe -1 keine 0 Rot 1 Grün 2 Blau 3 Gelb 4 Magenta 5 Orange 6 Weiß 7 Schwarz 8 Pink 9 Grau 10 Hellgrau 11 Dunkelgrau 12 Zyan 13 Braun Hochschule Mannheim Ute Ihme März

44 JAVA Code Colorsensor ColorID Mode Initialisierung: SensorModes colorsensor = new EV3ColorSensor(SensorPort.S1); SampleProvider col = colorsensor.getmode("colorid"); Jeweiligen Anschlußport Abfrage der Messwerte: angeben (S1, S2, S3 oder S4) // Intialisierung der Messwerte int samplesize = colorsensor.samplesize(); float[] sample = new float[samplesize]; int farbe; // Abfrage der Messwerte col.fetchsample(sample, 0); // Umrechung float in integer farbe = (int)sample[0]; Hochschule Mannheim Ute Ihme März

45 JAVA Code Colorsensor ColorID Mode Programmbeispiel: import lejos.hardware.button; import lejos.hardware.lcd.lcd; import lejos.hardware.motor.*; import lejos.hardware.port.sensorport; import lejos.hardware.sensor.*; import lejos.robotics.*; import lejos.utility.delay; public class EVColorFarbe { } public static void main(string[] args) { // TODO Automatisch generierter Methodenstub - Programmcode nächste Folien } Hochschule Mannheim Ute Ihme März

46 JAVA Code Colorsensor ColorID Mode Programmcode für public static void main: //Initialisierung SensorModes colorsensor = new EV3ColorSensor(SensorPort.S1); SampleProvider col = colorsensor.getmode("colorid"); // Intialisierung der Messwerte int samplesize = colorsensor.samplesize(); float[] sample = new float[samplesize]; int farbe; Hochschule Mannheim Ute Ihme März

47 JAVA Code Colorsensor ColorID Mode Programmcode für public static void main: while(true) { // Abfrage der Messwerte col.fetchsample(sample, 0); // Umrechung float in integer farbe = (int)sample[0]; LCD.drawInt(farbe, 3, 3); Button.waitForAnyPress(); LCD.clearDisplay(); } Hochschule Mannheim Ute Ihme März

48 DAS SPIELFELD EXPLORE MARS Mission 5: Start: Shuttle Astronauten zurückbringen Ende: Base 2 Video: ~ihme/version01/deutsch/mission5.html Mannheim University of Applied Sciences Ute Ihme Sensor: Colorsensor Führen Sie das Programm von Mission 4 fort! Der Roboter soll mit den Astronauten zur Base 2 zurückfahren. Gestartet wird der Roboter mittels einer Taste auf dem EV3 Stein. Mittels Colorsensor, soll er automatisch erkennen, wenn er sich in der Base befindet. Dazu soll die schwarze Line in Norden der Base erkannt werden. March 4,

49 DAS SPIELFELD EXPLORE MARS Mission 6: Zusatzaufgabe Zum Mars fliegen Start: Base2 Ende: Mars Landeplattform Sensoren: Colorsensor, Tastsensor Video: ~ihme/version01/deutsch/mission6.html Mittels einem Colorsensor soll der Roboter auf der Flugbahn (Line) zum Marsfliegen. Mittels Tastsensor soll die Linienverfolgung abgebrochen werden. Mannheim University of Applied Sciences Ute Ihme March 4,