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

Transkript

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

2 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

3 DAS LEGO MINDSTORMS System Standardsensoren Berührungssensor Tastsenor Ultraschallsensor Gyrosensor Farbsensor March 4,

4 DAS SPIELFELD - Medizinarena Allgemeiner Aufbau March 4,

5 Start der Entwicklungsumgebung Starten von Eclipse Erstellen eines neuen Directories für Lego-Java-Programme Im Ordner: Lokaler Datenträger/Benutzer/IhrKonto Ordnername: workspace_lego Hochschule Mannheim Ute Ihme März

6 Start der Entwicklungsumgebung Starten von Eclipse 1. Starten der 32-bit Version von Eclipse (Eclipse Luna) 2. Auswahl des Arbeitsbereiches Standardeinstellungen übernehmen Hier: workspace_lego wählen 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 March 4,

8 Start der Entwicklungsumgebung Starten von Eclipse 3. Programmierung vorbereiten Datei wählen March 4,

9 Start der Entwicklungsumgebung Starten von Eclipse 3. Programmierung vorbereiten - Neu und - Projekt auswählen - LeJOS EV3 Projekt wählen - auf Weiter> drücken March 4,

10 Start der Entwicklungsumgebung Starten von Eclipse 3. Programmierung vorbereiten Projektname eingeben Fertigstellen drücken 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 March 4,

12 Start der Entwicklungsumgebung Starten von Eclipse 3. Programmierung vorbereiten - Datei - neu - Klasse wählen 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 March 4,

14 Start der Entwicklungsumgebung Starten von Eclipse 3. Programmierung vorbereiten Nun kann das Programmieren beginnen! 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", Spalte, Zeile)) 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 import lejos.hardware.button; import lejos.hardware.lcd.lcd; import lejos.utility.delay; // Erstellen einer Methode hello public class Medizinarena01 { public static void hello(){ Inhalt Nächste Folie public static void main(string[] args) { // TODO Automatisch generierter Methodenstub // Kommentar // Aufruf der Methode hello hello(); Hochschule Mannheim Ute Ihme März

18 JAVA Code Das erste Programm: Bildschirmanzeige / Hello World Die Methode hello // Erstellen einer Methode hello public static void hello(){ LCD.drawString("Hello", 7, 2); Button.waitForAnyPress(); LCD.clear(); LCD.drawString("Glückszahl:", 1, 1); LCD.drawInt(10, 1, 2); 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 JAVA Code Das erste Programm: Bildschirmanzeige / Hello World - Weitere Aufgaben werden durch das Schreiben weiterer Methoden gelöst - Die Methode, die man nicht mehr ausführen lassen will, markiert man als Kommentar public static void main(string[] args) { // TODO Automatisch generierter Methodenstub // hello(); helikopter(); 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 mit Bremsen: Motor.A.stop(); Anhalten mit Auslaufen: Motor.A.flt(); 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(); March 4,

25 JAVA Code Befehle und Hinweise zur Steuerung des Roboters void setspeed(int speed) setzt die Motorgeschwindigkeit Parameter speed wird in Grad pro Sekunde angegeben (max. 900) void reversedirection() dreht die aktuelle Drehrichtung um Für die Medizinarena: Der Roboter legt in 1000 ms eine Strecke von 18,5 cm. bei einer Geschwindigkeit von 400 Die Motoren nicht zwischen den einzelnen Teilbewegungen stoppen Anfangsgeschwindigkeit auf 300 festlegen March 4,

26 JAVA Code Motorensteuerung - zeitgesteuert - Programmbeispiel: Der Roboter fährt - Geradeaus - Macht eine Linkskurve - Fährt rückwärts Mit konstanter Geschwindigkeit von 400. import lejos.hardware.motor.motor; import lejos.utility.delay; public class Medizinarena01 { public static void beispiel01(){ // Code nächste Folie public static void main(string[] args) { // Variable für Geschwindigkeit speed int speed = 400; // Setzen der Anfangsgeschwindigkeit Motor.A.setSpeed(speed); Motor.B.setSpeed(speed); beispiel01(); March 4,

27 JAVA Code Motorensteuerung - zeitgesteuert - Programmbeispiel: Der Roboter fährt - Geradeaus - Macht eine Linkskurve - Fährt rückwärts Mit konstanter Geschwindigkeit von 400. public static void beispiel01(){ int distance=1000; //Vorwärts Motor.A.forward(); Motor.B.forward(); Delay.msDelay(distance); //Links Motor.A.forward(); Motor.B.backward(); Delay.msDelay(500); //Rückwärts Motor.A.backward(); Motor.B.backward(); Delay.msDelay(distance); //Anhalten Motor.A.stop(); Motor.B.stop(); March 4,

28 DIE MEDIZINARENA Aufgabe 1 Rettungseinsatz beim Helikopter Start und Ende: P1 Der Notarztwagen ist zum Rettungshelikopter zu bringen. Anschließend eine lebenserhaltene Maßnahme durchzuführen. Dazu wird symbolisch der Stent ins Herz geführt. March 4,

29 JAVA CODE Artithmetische Operatoren Operator Beispiel Wirkung + a + b Addiert a und b - a b Subtrahiert b von a * a * b Multipliziert a und b / a / b Dividiert a durch b % a % b Liefert den Rest bei der Division a durch b March 4,

30 JAVA CODE Vergleichsoperatoren Operator Beispiel Wirkung > a > b a größer als b >= a >= b a größer oder gleich b < a < b a kleiner als b <= a <= b a kleiner oder gleich b == a == b a ist gleich b!= a!= b a ist ungleich b March 4,

31 JAVA CODE Logische Operatoren (Auswahl) Operator Beispiel Wirkung && a && b a und b müssen erfüllt sein a b a oder b muss erfüllt sein March 4,

32 JAVA CODE Die if else Anweisung if(<<ausdruck>>){ <<Anweisung>> << Anweisung>> else{ << Anweisung>> << Anweisung>> Wenn der Ausdruck erfüllt ist, so werden die Anweisungen im if-block erfüllt, ansonsten die Anweisung im else-block. March 4,

33 JAVA CODE Bespiel für if else Anweisung Das Programm erzeugt eine Zufallszahl, Wenn diese 3 oder 5 ist wird Glück angezeigt, in allen anderen Fällen Pech. import lejos.hardware.button; import lejos.hardware.lcd.lcd; import java.util.*; public class Medizinarena01 { public static void beispiel02(){ // Inhalt nächste Seite public static void main(string[] args) { beispiel02(); March 4,

34 JAVA CODE Bespiel für if else Anweisung Das Programm erzeugt eine Zufallszahl, Wenn diese 3 oder 5 ist, wird Glück angezeigt, in allen anderen Fällen Pech. public static void beispiel02(){ // Erzeugung der Zufallszahl zahl // zahl hat die Werte 0 bis 9 Random wuerfel = new Random(); int zahl = wuerfel.nextint(10); // Anzeige der Zufallszahl LCD.drawInt(zahl, 0, 1); // Abfrage, ob die Zahl 3 oder 5 ist if(zahl == 3 zahl ==5){ LCD.drawString("Glueck", 0, 2); else{ LCD.drawString("Pech", 0, 2); LCD.drawString("Druecke eine Taste", 0, 3); Button.waitForAnyPress(); LCD.clear(); March 4,

35 DAS SPIELFELD EXPLORE MARS Aufgabe 2: Krankenbesuch Start: P1 Ende: P2 Die Mutter möchte ihr Kind im Krankenhaus besuchen. Der Roboter soll sie dorthin bringen. Mittels Zufallszahl soll die zu fahrende Wegstrecke ermittelt werden. Werden die Zahlen 4 und 7 ermittelt, so soll der Weg 1 genommen werden. In allen anderen Fällen der Weg 2. Die Zufallszahl ist anzuzeigen. Erst nach Knopfdruck soll der Roboter starten. March 4,

36 JAVA CODE Die for Schleife Eine Anweisung bzw. eine Folge von Anweisungen soll mehrfach wiederholt werden. for(<<startwert>>;<<endwert>>;<<erhöhung>>){ <<Anweisung>> <<Anweisung>> March 4,

37 JAVA CODE Bespiel für for Schleife Das Beispiel von der if Abfrage (Folie 36) soll 5 mal mit einer Schrittweite von 1 wiederholt werden. import lejos.hardware.button; import lejos.hardware.lcd.lcd; import java.util.*; public class Medizinarena01 { public static void beispiel02(){ // Inhalt Folie 36 public static void main(string[] args) { for(int i = 1;i<=5;i++){ beispiel02(); March 4,

38 DIE MEDIZINARENA Aufgabe 3: Kind vom Skaterparc holen Start: P2 Ende: P3 Ein Kind hat sich beim Spielen im Skaterpark verletzt. Der Roboter kommt zu Hilfe, kann aber keinen geeigneten Platz zum Halten finden. Daher muss er der Skaterpark 2mal umfahren, ehe er halten kann und dem Kind helfen kann. Das Mehrfachumfahren soll mit einer for Schleife realisiert werden. March 4,

39 DIE MEDIZINARENA Der Roboter braucht ein Update mit Sensoren! - Bitte ans Laborpersonal wenden! - March 4,

40 JAVA CODE Die while Schleife 1. Unendliche while Schleife Eine Anweisung bzw. eine Folge von Anweisungen soll unendlich oft wiederholt werden. while(true){ <<Anweisung>> <<Anweisung>> Achtung: Das Programm kann mit dem Mittelknopf und dem Nach unten Knopf abgebrochen werden March 4,

41 JAVA CODE Beispiel für unendliche while Schleife Das Beispiel von der if Abfrage (Folie 36) soll unendlich oft ausgeführt werden. while(true){ beispiel02(); March 4,

42 JAVA Code Arbeiten mit Sensoren Folgender import Funktionen werden benötigt import lejos.hardware.port.sensorport; import lejos.hardware.sensor.*; import lejos.robotics.*; Arbeitsanweisung: Fügen Sie jetzt diese drei Zeilen in ihr Programm an den Anfang, wo alle anderen import Funktionen stehen ein. 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. March 4,

43 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

44 JAVA Code Berührungssensor / Tastsensor Initialisierung: SensorModes sensor1 = new EV3TouchSensor(SensorPort.S1); SampleProvider touch1 = sensor1.getmode("touch"); Abfrage der Messwerte: Jeweiligen Anschlußport // Initialisierung der Messwerte angeben (S1, S2, S3 oder S4) float pressed =0; float sample[] = new float[touch1.samplesize()]; // Abfrage der Sensorwerte touch1.fetchsample(sample, 0); pressed = sample[0]; Die Variable pressed enthält die Information, über den Zustand des Tastsensors. Diese gilt es im Programm abzufragen. March 4,

45 JAVA CODE Die while Schleife 2. Endliche while Schleife Eine Anweisung bzw. eine Folge von Anweisungen soll bis zu eine bestimmten Bedingung nicht mehr erfüllt is, wiederholt werden. while(<<bedingung>>){ <<Anweisung>> <<Anweisung>> Beispiele für Bedingungen: i==3; pressed == true; i<=5; pressed!=false; March 4,

46 JAVA CODE Beispiel für endliche while Schleife Beispiel für Nutzung des Tastsensors Eine Zahl soll immer um Eins erhöht und angezeigt werden, solange bis der Tastsensor gedrückt wird. import lejos.hardware.port.sensorport; import lejos.hardware.sensor.*; import lejos.robotics.*; Haben Sie obige import Funktionen bereits eingegeben? Wenn nein, so tun Sie dies jetzt! March 4,

47 JAVA CODE Beispiel für endliche while Schleife Beispiel für Nutzung des Tastsensors Eine Zahl soll immer um Eins erhöht und angezeigt werden, solange bis der Tastsensor gedrückt wird. Fügen Sie nun in der main() Methode im Variablendeklarationsteil folgende Zeilen zur Initialisierung des Tastsensors ein! Im Beispiel ist der Tastsensor am Port 1 angeschlossen! // Initialisierung Tastsensor, Mesßwerte und // Variable pressed für Tastsensor SensorModes sensor1=new EV3TouchSensor(SensorPort.S1); SampleProvider touch1 = sensor1.getmode("touch"); float pressed =0; // Variable für Zustand Tastsensor float sample[] = new float[touch1.samplesize()]; March 4,

48 JAVA CODE Beispiel für endliche while Schleife Beispiel für Nutzung des Tastsensors Eine Zahl soll immer um Eins erhöht und angezeigt werden, solange bis der Tastsensor gedrückt wird. touch1.fetchsample(sample, 0); pressed = sample[0]; Fügen Sie nun in der main() Methode Folgende Programmzeilen ein: int zahl =0; while(pressed==0){ // Abfrage, ob Tastsensor gedrückt ist oder nicht touch1.fetchsample(sample, 0); pressed = sample[0]; zahl = zahl+1; LCD.drawInt(zahl, 0, 2); March 4,

49 JAVA CODE Beispiel für endliche while Schleife Beispiel für Nutzung des Tastsensors Eine Zahl soll immer um Eins erhöht und angezeigt werden, solange bis der Tastsensor gedrückt wird. touch1.fetchsample(sample, 0); pressed = sample[0]; Diese beiden Zeilen, fragen den Wert des Tastsensors ab. Über die Variable pressed kann der aktuelle Wert abgefragt werden. March 4,

50 DIE MEDIZINARENA Aufgabe 4: Brotlieferung unt Start: P3 Ende: P2 Das Brot ist von der Bäkerein (P3) zum Krankenhaus (P2) zu bringen. Ihr Roboter hat ein Upgrate erhalten. Daher soll er mittels Tastsensor selbständig in P2 an der Wand halten. March 4,

51 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

52 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

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

54 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

55 JAVA Code Colorsensor ColorID Mode Programmcode für public static void main: //Initialisierung Farbsensor 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

56 JAVA Code Colorsensor ColorID Mode Programmcode für public static void main: while(true) Der Wert des Farbsensors (Variable farbe) soll angezeigt werden. Wenn ein Knopf gedrückt wird, kann die nächste Messung erfolgen. { // 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

57 DIE MEDIZINARENA Aufgabe 5: Navigation in Krankenhaus Start: P2 Ende: gewürfeltes Farbfeld Der Roboter soll selbständig im Krankenhaus navigieren und Dinge zu bestimmten Stationen bzw. Behandlungszimmern brigen. Würfeln Sie im Vorfeld eine Farbe und notieren diese auf ihrem Zettel. Der Roboter soll zunächst an der Schwarzen Linie am Krankenhauseingang anhalten. Hier dürfen Sie ihn nochmals ausrichten. Danach soll er die gewürfelte Mission erfüllen. March 4,