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2010年10月26日 星期二

乒乓球發球機

有一兩個月沒有特別去做樂高的作品。其實一方面對於賽格威(segway)的題目還一直想要嘗試去改善車子的穩定度,另一方面也在尋找新的主題,而且賽格威當時組裝起來也夠麻煩,拆掉又挺可惜,所以就一直沒有動它。:p

最近看WRO(世界機器人大賽組織)的比賽,對於機器人投籃比賽感到興趣,所以手癢也想要組裝一台來玩玩。而組裝的時候,突然想到:如果能讓發球機一直作投球的動作,那麼就可以讓打乒乓球的人,可以作練球的動作。

一、機構的外觀圖:



以下是目前所做的成果:

video


video

2010年7月11日 星期日

990712-Segway再現

一直對Segway兩輪平衡車設計不出來耿耿於懷。話說Segway兩輪平衡車我打從著手設計程式至今,大概有5個多月了吧。讀了很多相關的文章,從陀螺儀的理論、陀螺儀的定位方法、研究所的相關論文;也使用了Robolab、Labview以及現在使用的Bricxcc等工具,現在稍稍有一點點頭緒。

不過,目前還有缺點:
1.車子往後傾斜,車輪不會動?
2.車子在行駛時,在數秒後車輪會有搖擺的現象(影片中可以看到),之後碰到障礙物後,就直接倒下。

以上都是待改進之處。

程式碼:
#define GyroPort IN_3
#define dt 0.001
#define GyroScale 4
#define t_scale 500

int flag=0;
long GyroBiasVal=0;
long curr_time=0;
long GyroCounter=0;
float bias=0.0000;
float theta=0,pre_theta=0,theta_bias=0;
float f1=0,f2=0;
long t_old=0;
float power=0;
float x=0,pre_x=0,dot_x=0;
float aa=0.001;
float K1=0,K2=90,K3=8,K4=10,V=0.195,K_pwr=0;


void initGyro(){
 curr_time=CurrentTick();
 PlayTone(440,50);
 while(CurrentTick()<(3000+curr_time)){ //3秒內,計算gyro bias
  GyroBiasVal=GyroBiasVal+SensorRaw(GyroPort);
  TextOut(0,LCD_LINE5,"Computing Bias..");
  Wait(20);
  GyroCounter++;
 }

 PlayTone(880,50);
 bias=GyroBiasVal/GyroCounter;
}//End of initGyro Function

void get_body_theta(){
 f2=(SensorRaw(GyroPort)-bias)/GyroScale;
 Wait(1);
 theta=pre_theta+(f1+2*f2)*(CurrentTick()-t_old)/t_scale;
 pre_theta=theta;
 f1=(SensorRaw(GyroPort)-bias)/GyroScale;
 t_old=CurrentTick();
 x=MotorTachoCount(OUT_B);
 dot_x=x-pre_x;
 pre_x=x;
 theta_bias=(1-aa)*theta_bias+aa*theta;
}//End of get_body_theta ,use Runge Kutta method order 2


task main(){
 SetSensorHTGyro(GyroPort);
 initGyro();
 ClearScreen();

 t_old=CurrentTick();
 ResetTachoCount(OUT_BC);
 //↓Gain computing based on Battery Voltage
 K_pwr=0.7+(0.7-1.1)/(8816-8196)*(BatteryLevel()-8816); 
 while(true){
  get_body_theta();
  power=K_pwr*(K1*x+K2*(dot_x-V)+K3*(theta-theta_bias)+K4*(f1));
  if(power>100) power=100;
  if(power<-100) power=-100;
  SetOutput(OUT_BC, Power, power, OutputMode,OUT_MODE_MOTORON,
       RunState,OUT_RUNSTATE_RUNNING,
       UpdateFlags,UF_UPDATE_MODE+UF_UPDATE_SPEED);
}
}//End of Task Main

==================
執行結果:

video

參考文獻:
7.NXTway-GS Building
8.NXTway Model-Based
9.DSP主控之兩輪機器人平衡與兩輪同步控制,蔡僑倫,國立中央大學-93.06
10.以樂高NXT 實作智慧型兩輪平衡車,羅嘉寧等,銘傳大學-2009資訊科技與實務國際研討會
12.數值分析Runge-Kutta Method order 2,4
13.Kalman Filter

2010年6月28日 星期一

Runge Kutta Method order 4-Example 1

Example 1: solve dy/dx=f(x,y)=3exp(-x)-0.4y,y(0)=5,find y(3)=?

Ans:

使用Runge Kutta Order 4求近似解,已知Runge Kutta Method order 4的一般式:
dy/dx=f(x,y)
→y(k+1)=y(k)+(1/6)×h×(k1+2k2+2k3+k4)
其中:
k1=f(x(k),y(k))
k2=f(x(k)+(1/2)h,y(k)+(1/2)k1×h)
k3=f(x(k)+(1/2)h,y(k)+(1/2)k2×h)
k4=f(x(k)+h,y(k)+k3×h)
h: 遞增步距

程式範例:
%dy/dx=f(x,y)=3exp(-x)-0.4y, y(0)=5
%Using Runge-Kutta order 4: y(k+1)=y(k)+1/6(k1+2k2+2k3+k4)h

clear all;
clc
h=0.1; %Step
L=0;
R=3;

X=0;Y=5;
counter=1;

for v=L+h:h:R
 k1=Func(X,Y);
 k2=Func(X+0.5*h,Y+0.5*k1*h);
 k3=Func(X+0.5*h,Y+0.5*k2*h);
 k4=Func(X+h,Y+k3*h);
 Y=Y+h*(k1+2*k2+2*k3+k4)/6;
 Y_sol=10*exp(-0.4*(X+h))-5*exp(-(X+h));
 err(counter)=Y_sol-Y;
 Yk(counter)=Y;
 Yk_sol(counter)=Y_sol;
 counter=counter+1;
 X=X+h;
 plot(Yk,'r-')
 hold on
 plot(Yk_sol,'b*')
end
hold off

副程式func.m
function k=Func(x,y)
k=3*exp(-x)-0.4*y;
end

----------------------------------
執行結果:
h=0.1(分析步距)
原微分方程式的解y(x)=10e-0.4x-5e-x
上圖中,紅色線為期望值,藍色點是近似值。
利用RK4分析微分方程式的動態行為,其近似值逼近期望值。
總誤差=Σ(每一點的誤差)=1.3587×10-6

2010年5月4日 星期二

梯形積分法

f(x)在封閉區間[a,b]求積分,若f(x)為複雜的函數, 對於求解積分,可用
數值分析的梯形積分法來求解。

梯形積分法,得到的結果,對照原函數定積分的值,可發現誤差值很小。所以被廣泛運用。

以下用matlab 語法,撰寫梯形積分的algorithm:
%Function F(x)=∫sin(x)dx,積分範圍0~π
a=0;
b=pi;
n=1000;
A=0;
for i=a:(b-a)/n:b
  if i==a
   f1=sin(i);
  else
   f2=sin(i);
   A=A+0.5*(f1+f2)*(b-a)/n;
   f1=f2;
  end
end

disp('梯形積分法面積=');
A
---------------------
經執行後,A=2.0000
與積分範圍[0,pi],∫sin(x)dx=2的結果一致。

2010年4月27日 星期二

Runge Kutta Method order 2

微分方程式y'=yy(0)=1

Ans:

使用Runge Kutta Method order 2:

Runge-Kutta Method通式:

y'f(x,y)

xi=x0+ih,i=0,1,2…

yk+1yk(1/2)(k1+k2)

其中

k1=hf(xk,yk)

k2=hf(xkh,ykk1)

假設h=0.5(漸進步距)

所以:

y'f(x,y)y

y(0)1,換句話說y01

x1=x0+i×h=0+1×0.5=0.5

k1h×f(x0,y0)0.5×f(0,1)=0.5×1=0.5

k2h×f(x0h,y0k1)0.5×f(00.5,10.5)=0.5×f(0.5,1.5)=0.5×1.5=0.75

其中f(x,y)=y,帶入x=0,y=1f(x,y)中,得f(0,1)=1

--> y1y0(1/2)×(k1+k2)=1+(1/2)×(0.5+0.75)=1.625

x2=x0+i×h=0+2×0.5=1.0

k1h×f(x1,y1)0.5×f(0.5,1.625)=0.5×1.625=0.8125

k2h×f(x1h,y1k1)

0.5×f(0.50.5,1.6250.8125)

0.5×f(1,2.4375)=0.5×2.4375=1.2188

-->y2y1(1/2)×(k1+k2)=1.625+(1/2)×(0.8125+1.2188)=2.6406

對正式解而言,前述y’=yy(0)=1的通解是y=ex

1. y(0)=1

2. y(0.5)=1.6487,經由Runge-Kutta方法計算的y1=1.625,

誤差率=(1.6487-1.625)/1.625=1.46%

3.y(1)=2.71828,經由Runge-Kutta方法計算的y2=2.6406,

誤差率=(2.71828-2.6406)/2.6406=2.94%

2010年3月22日 星期一

NXT lego 機器人學術網站

YCChen 協作平台

這個網站很不錯,提供很多優秀的作品,甚至也有學術的相關研究。
值得參考!

2010年3月21日 星期日

NXT-自動路邊停車(Auto Parking Car)


作品說明:
一、硬體:
1.nxt主機
2.nxt-Motor×3
3.UltraSonic Sensor×1

4.馬達A控制車子後輪前進後退、馬達B控制車子超音波感測器的偵測方向、
馬達C控制車子前輪轉向(steering)

程式碼:


作品欣賞:

video

2010年3月8日 星期一

NXT_Clock



題目:
1.用 NXT 就可以設計一個電子鐘,平時正常顯示時間 HH:MM:SS,不做任何組裝。
2.按橘色鍵兩秒可以進入編輯模式,時間計時暫停,被編輯的數字閃爍,其它的數字仍然恆亮不閃爍。
3.再按橘色鍵可選擇小時、分鐘或秒數,第一次切換編輯小時,第二次能編輯分鐘,第三次可調整秒數,第四次回到小時編輯。
4.按橘色鍵兩秒則脫離編輯模式,恢復正常時間顯示。
5.左右方向鍵可將數值上下調整,調整時進位或退位不會影響到其它數字。

程式碼:
作品展示:

video

2010年3月2日 星期二

Labview for nxt: counter的設計

Labview有一個移位暫存器(Shift Register),看了書仍一直看不懂那個東西的使用意義。很感謝網友阿吉老師的指導,終於搞清楚了。

我試著做一個類似[i=i+1]的功能,其中shift register的作用,會記得前一次的值,做為下一次的引數。

Labview for nxt: variable 的使用

對於labview for nxt的變數應用,今天終於摸出一點頭緒了~ 稍做整理筆記如下:


備註:
1.設定變數前,先對目標(例如:light sensor)create indicator,使之產生一個指示器
2.在nxt toolkit的structure中,有一個local variable,把它拉到block diagram裡
3.在local variable上按右鍵,點選快速選單中「Select Item」,選擇其中一個Item當作變數(如本例中的Ref或Current)
4.在local variable上按右鍵,選「Change to Read」,便可使該變數隨時讀取該裝置的讀值。

2010年2月27日 星期六

NXT-MORSE電報機


作品名稱:摩斯電報機

介面:
1.nxt主機
2.Touch傳感器 × 1(端口1)
3。程式:NXT的LabVIEW 8.5中的工具包


功能:
1。啟動時出現ready ..字樣,等待使用者輸入
2。當有按鍵持續輸入(press and release)訊息時,每按一次(press)均會發出聲響(880Hz的音),並記錄每一次press and release pair的秒數
3。等待時間超過 2秒,開始迴聲(或恢復)你剛剛輸入的一連串訊息。
4。按橘色鍵結束程式


程式碼:




↑recall階段,False case


影片示範:


video

本程式參考:
echo telegraph http://www.nxtprograms.com/echo_telegraph/index.html

2010年2月20日 星期六

NXT-Rider


作品名稱:NXT-Rider
功能(或目的):使NXT主機上的Rider,藉由軟體設計的控制器,使Rider能維持平衡而不傾倒。
控制器:可變結構滑動模式+模糊控制=模糊滑動模式控制

目前完成:可直立,不會後傾,但Rider仍會持續往前衝,必須靠手擋住。

程式碼:



作品:

video

2010年2月11日 星期四

NXT-按鈕開關計數器




一、題目: 被按下時,顏色感應燈亮起,持續按住兩秒後,蜂鳴器產生一低音響聲,清除螢幕數字為零,
之後仍持續被按住,每秒鐘產生一高音響聲,並數字累加一,
按鈕放開後,燈滅。



備註:注意按鍵過程中,突然間放開再按住,不能視為連續按住,應重新計時。

二、程式碼:

2010年2月7日 星期日

NXT 測速照相

題目:

當偵測時速超過 1 km/Hr 物體經過時(方向可能靠近也可能遠離),顏色感應燈亮起閃兩下,也就是亮一秒滅一秒再亮一秒,表示偵測到高速物體移動,然後在螢幕上顯示速度以及方向。

程式碼:

ps.不知道為何無法點選來放大圖片?看不清楚圖檔的,請連到:

http://photo.youthwant.com.tw/mine.php?do=pic&u=1973826&bid=100121231132&pid=100208125057

實驗結果:


video






備註:
robolab 2.9.4C的light sensor無法做一滅一暗的控制(本身軟體的bug),所以我改用LED燈接在portA上做測試。

2010年2月4日 星期四

這台機器人會自己研磨咖啡、煮咖啡喔!

研磨咖啡機器人

日本人做的研磨咖啡機器人,有創意,而且做得很有神韻。

2010年2月3日 星期三

使用Robolab設計-直角轉彎軌道的line follower

一、硬體:
1.NXT主機輪形機器人
2.感測器:Light sensor×2、Ultrasonic sensor×1


二、軟體:
Robolab 2.9.4C


三、軌跡地圖:





四、程式碼:




五、示範影片:



video

2010年2月2日 星期二

簡單的line_follower設計


一、nxt機器人要做line follow,考慮用robolab設計時,我使用了2顆nxt light sensor做為感測元件,裝置的位置如下:
2個感測元件在黑色電工膠帶的兩側白色區域。

二、程式設計原理:
1.使用task split的方式,讓sensor-2和sensor-3獨立判讀
2.當sensor-2偵測在白色區域:Motor-B 前進(forward)
 當sensor-2偵測在黑色區域:Motor-B後退(Backward)
3.當sensor-3偵測在白色區域:Motor-C 前進(forward)
 當sensor-3偵測在黑色區域:Motor-C後退(Backward)

三、本程式僅對單純的直角轉彎(沒有叉路)的應用,可有良好的表現。

四、程式碼:


2010年2月1日 星期一

nxt-自動感應燈,用robolab設計


雖然研發養成所Bridan所出的題目比賽已經結束,不過我試著用robolab去做,僅供大家參考。

題目:利用 NXT 超音波感應及顏色感應燈,設計一自動感應燈,當有人接近 30 cm 以內,讓顏色感應燈亮起,人員離開超過十秒鐘後,自動關閉感應燈。

備註:

1.因為我沒有顏色感應燈,所以我用9797所提供的燈泡接在輸出埠A

2.一樣有計時顯示在nxt上。