Ottimizzazione del follower di linea GiggleBot - Avanzato: 7 passaggi

2025 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2025-01-13 06:57

In questo brevissimo Instructables adatterai il tuo GiggleBot per seguire una linea nera. In questo altro tutorial GiggleBot Line Follower, abbiamo codificato i valori di ottimizzazione per funzionare in base a quello scenario. Potresti voler farlo comportare meglio trovando altri vantaggi.

In questo tutorial, ti mostriamo 2 script che possono essere entrambi caricati su diversi micro:bit BBC in modo che uno di essi venga inserito nel GiggleBot e con l'altro i 2 pulsanti siano utilizzati per scorrere un menu e sintonizzare diversi parametri. L'invio di questi parametri aggiornati avviene via radio.

Passaggio 1: componenti richiesti

Avrai bisogno di quanto segue:

1. Un robot GiggleBot per il micro:bit.
2. x3 batterie AA
3. x2 BBC micro:bits - uno per GiggleBot e l'altro che funge da telecomando per la regolazione dei parametri.
4. Una batteria per un BBC micro:bit, come quella inclusa nel pacchetto BBC micro:bit.

Ottieni il robot GiggleBot per il micro:bit della BBC qui

Passaggio 2: configurazione delle tracce e dell'ambiente

Devi anche creare effettivamente le tue tracce (scaricare, stampare, tagliare e registrare i riquadri) e quindi impostare l'ambiente (l'IDE e il runtime).

Poiché questo tutorial è molto correlato a questo altro tutorial intitolato GiggleBot Line Follower, vai lì e segui i passaggi 2 e 3 e poi torna qui.

Per quanto riguarda l'IDE, puoi utilizzare l'editor Mu e per il runtime, devi scaricare GiggleBot MicroPython Runtime. Il runtime può essere scaricato dalla sua documentazione qui. Vai al capitolo della documentazione per iniziare e segui le istruzioni sulla configurazione dell'ambiente. A partire da questo momento, viene utilizzata la versione v0.4.0 del runtime.

Passaggio 3: configurazione di GiggleBot

Prima di eseguire il flashing del runtime su GiggleBot, assicurati di aver scelto la velocità e la frequenza di aggiornamento desiderate per GiggleBot: per impostazione predefinita, la velocità è impostata su 100 (variabile base_speed) e la frequenza di aggiornamento è impostata su 70 (variabile update_rate).

Data l'implementazione attuale, la massima velocità di aggiornamento che può essere raggiunta è 70 e se run_neopixels è impostato su True, è possibile ottenere solo 50. Quindi, in un certo senso, potresti dire che la frequenza di aggiornamento predefinita è proprio al limite di ciò che può fare il micro: bit della BBC.

Solo per la cronaca, il sensore line follower può restituire aggiornamenti 100 volte al secondo.

Nota: il seguente script potrebbe avere spazi bianchi mancanti e ciò sembra essere dovuto a qualche problema nella visualizzazione di GitHub Gists. Fai clic sull'essenza per portarti alla sua pagina GitHub dove puoi copiare e incollare il codice.

GiggleBot PID Line Follower Tuner (richiede un telecomando per sintonizzarlo) - xjfls23

dall'importazione di microbit*

da importazione gigglebot*

da utime import sleep_ms, ticks_us

importare radio

import usstruct

# inizializza la radio e i neopixel GB

radio.on()

neo = inizia()

# tempi

update_rate =70

# valori di guadagno predefiniti

Kp =0.0

Ki =0.0

Kd =0.0

setpoint =0,5

trigger_point =0.0

min_speed_percent =0.2

base_speed =100

ultima_posizione = setpoint

integrale =0.0

run_neopixels =Falso

center_pixel =5# dove il pixel centrale del sorriso si trova sul GB

# turchese = tuple(map(lambda x: int(x / 5), (64, 224, 208))) # colore da usare per disegnare l'errore con i neopixel

# turchese = (12, 44, 41) # che è esattamente il turchese sopra commentato sopra questo

error_width_per_pixel =0.5/3# errore massimo diviso per il numero di segmenti tra ogni neopixel

defupper_bound_linear_speed_reducer(abs_error, trigger_point, upper_bound, più piccolo_motor_power, più alto_motor_power):

base_speed globale

if abs_error >= trigger_point:

# x0 = 0.0

# y0 = 0.0

# x1 = limite_superiore - trigger_point

# y1 = 1.0

# x = abs_error - trigger_point

# y = y0 + (x - x0) * (y1 - y0) / (x1 - x0)

# uguale a

y = (abs_error - trigger_point) / (upper_bound - trigger_point)

potenza_motore = velocità_base * (potenza_motore_minima + (1- y) * (potenza_motore_massima - potenza_motore_minima))

restituire motor_power

altro:

return base_speed *high_motor_power

corri = falso

errore_precedente = 0

tempo_totale =0.0

total_counts = 0

mentreVero:

# se viene premuto il pulsante a, inizia a seguire

if button_a.is_pressed():

corri = Vero

# ma se viene premuto il pulsante b ferma il line follower

if button_b.is_pressed():

corri = falso

integrale =0.0

errore_precedente =0.0

display.scroll('{} - {}'.format(total_time, total_counts), delay=100, wait=False)

tempo_totale =0.0

total_counts = 0

pixels_off()

fermare()

sleep_ms(500)

se run isTrue:

# leggi i sensori di linea

start_time = ticks_us()

# controlla se abbiamo aggiornato i guadagni Kp/Kd con un telecomando

Tentativo:

Kp, Ki, Kd, trigger_point, min_speed_percent = ustruct.unpack('fffff', radio.receive_bytes())

set_occhi()

eccezioneTipoErrore:

passaggio

destra, sinistra = read_sensor(LINE_SENSOR, BOTH)

# la riga è a sinistra quando la posizione < 0,5

# la linea è a destra quando la posizione > 0,5

# la linea è al centro quando posizione = 0,5

# è una media aritmetica ponderata

Tentativo:

posizione = destra / float (sinistra + destra)

tranneZeroDivisionError:

posizione =0,5

se posizione ==0: posizione =0.001

se posizione ==1: posizione =0.999

# usa un controller PD

errore = posizione - setpoint

integrale += errore

correzione = Kp * errore + Ki * integrale + Kd * (errore - errore_precedente)

errore_precedente = errore

# calcola le velocità del motore

motor_speed = upper_bound_linear_speed_reducer(abs(error), setpoint * trigger_point, setpoint, min_speed_percent, 1.0)

leftMotorSpeed = motor_speed + correzione

rightMotorSpeed = motor_speed - correzione

# accendi i neopixel per mostrare in quale direzione deve andare il GiggleBot

se run_neopixels isTrueand total_counts %3==0:

per i inb'\x00\x01\x02\x03\x04\x05\x06\x07\x08':

neo = (0, 0, 0)

per i inb'\x00\x01\x02\x03':

ifabs(errore) > error_width_per_pixel * i:

se errore <0:

neo[center_pixel + i] = (12, 44, 41)

altro:

neo[center_pixel - i] = (12, 44, 41)

altro:

percent =1- (error_width_per_pixel * i -abs(error)) / error_width_per_pixel

# illumina il pixel corrente

se errore <0:

# neo[center_pixel + i] = tuple(map(lambda x: int(x * percentuale), turchese))

neo[center_pixel + i] = (int(12* percento), int(44* percento), int(41* percento))

altro:

# neo[center_pixel - i] = tuple(map(lambda x: int(x * percentuale), turchese))

neo[center_pixel - i] = (int(12* percento), int(44* percento), int(41* percento))

rottura

neo.mostra()

Tentativo:

# agganciare i motori

se sinistraMotorSpeed >100:

leftMotorSpeed =100

rightMotorSpeed = rightMotorSpeed - leftMotorSpeed +100

se destraMotorSpeed >100:

rightMotorSpeed =100

leftMotorSpeed = leftMotorSpeed - rightMotorSpeed +100

se sinistraMotorSpeed <-100:

sinistraMotorSpeed =-100

se rightMotorSpeed <-100:

RightMotorSpeed =-100

# azionare i motori

set_speed(leftMotorSpeed, rightMotorSpeed)

unità()

# print((errore, velocità_motore))

tranne:

# nel caso dovessimo riscontrare qualche problema irrisolvibile

passaggio

# e mantenere la frequenza del loop

end_time = ticks_us()

delay_diff = (end_time - start_time) /1000

total_time += delay_diff

total_counts +=1

if1.0/ update_rate - delay_diff >0:

sleep(1.0/ update_rate - delay_diff)

visualizza rawgigglebot_line_follower_tuner.py ospitato con ❤ da GitHub

Passaggio 4: configurazione del sintonizzatore (remoto)

La prossima cosa che dobbiamo fare è eseguire il flashing dello script runtime + nel secondo micro: bit della BBC. Questo secondo micro:bit fungerà da telecomando per GiggleBot, che verrà utilizzato per regolare i seguenti parametri:

1. Kp = guadagno proporzionale per il controllore PID.
2. Ki = guadagno integrale per il controller PID.
3. Kd = guadagno derivativo per il controllore PID.
4. trigger_point = il punto espresso in percentuale tra la velocità minima e massima del GiggleBot in cui la velocità inizia a diminuire linearmente fino a raggiungere la velocità minima.
5. min_speed_percent = la velocità minima espressa in percentuale della velocità massima.

Le altre 2 variabili rimanenti che possono essere sintonizzate sono direttamente codificate nello script che si trova su GiggleBot: update_rate e base_speed che rappresenta la velocità massima. Come descritto nella documentazione, la velocità massima che può essere impostata per il GiggleBot è 100, che è anche il valore predefinito per il nostro GiggleBot.

Nota: il seguente script potrebbe avere spazi bianchi mancanti e ciò sembra essere dovuto a qualche problema nella visualizzazione di GitHub Gists. Fai clic sull'essenza per portarti alla sua pagina GitHub dove puoi copiare e incollare il codice.

GiggleBot Remote PID Line Follower Tuner (richiede l'altra parte) - xjfls23

dall'importazione di microbit*

da utime import sleep_ms

importare radio

import usstruct

# Il primo elemento è il guadagno Kp

# Il secondo elemento è il guadagno Ki

# 3° elemento è il guadagno Kd

# 4th elemento è il trigger_point per i motori per abbassare la velocità (0 -> 1)

# 5° elemento è la velocità minima dei motori espressa in percentuale (0 -> 1)

guadagni = [0.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0]

passoSize =0.1

# 0 e 1 per il primo elemento

# 2 e 3 per il 2° elemento

impostazionecorrente =0

defshowMenu():

display.scroll('{} - {}'.format(currentSetting, gains[int(currentSetting /2)]), delay=100, wait=False)

radio.on()

mostraMenu()

mentreVero:

aggiornato = Falso

if button_a.is_pressed():

impostazionecorrente = (impostazionecorrente +1) % (2*5)

aggiornato = Vero

if button_b.is_pressed():

if currentSetting %2==0:

# aumenta il guadagno quando CurrentSetting è 0 o 2 o..

ifint(impostazionecorrente /2) in [0, 2]:

gains[int(currentSetting /2)] +=10* stepSize

altro:

gains[int(currentSetting /2)] += stepSize

altro:

# aumenta il guadagno quando l'impostazione corrente è 1 o 3 o..

ifint(impostazionecorrente /2) in [0, 2]:

gains[int(currentSetting /2)] -=10* stepSize

altro:

gains[int(currentSetting /2)] -= stepSize

radio.send_bytes(ustruct.pack('ffffff', *guadagni))

aggiornato = Vero

se aggiornato:

mostraMenu()

sleep_ms(200)

visualizza rawgigglebot_line_follower_configurator.py ospitato con ❤ da GitHub

Passaggio 5: messa a punto di GiggleBot

Posiziona il GiggleBot sulla pista, accendilo e lascialo funzionare. Nel frattempo, dovrai costantemente rimetterlo in pista e sintonizzare i guadagni/parametri con l'altro micro:bit BBC che tieni in mano.

Per avviare il GiggleBot, premere il pulsante A sul micro:bit BBC di GiggleBot e per fermarlo e quindi ripristinare il suo stato premere il pulsante B.

Sul telecomando BBC micro:bit, premendo il pulsante A si passa attraverso tutte le opzioni del suo menu e il pulsante B aumenta/diminuisce il valore corrispondente. È come impostare l'orologio sul cruscotto di una vecchia macchina. Le opzioni sono così:

1. Le opzioni 0-1 sono per il guadagno Kp.
2. 2-3 opzioni sono per il guadagno Ki.
3. 4-5 opzioni sono per il guadagno Kd.
4. Le opzioni 6-7 servono per impostare il setpoint per il momento in cui i motori iniziano a rallentare.
5. 8-9 opzioni servono per impostare la velocità minima.

Tieni presente che i numeri pari nel menu servono per aumentare i valori corrispondenti e per quelli dispari è esattamente l'opposto.

Inoltre, quando premi il pulsante B sul micro:bit BBC di GiggleBot, vedrai sul suo schermo realizzato in Neopixel il numero di millisecondi trascorsi dall'ultimo reset e il numero di cicli che il robot ha attraversato - con questi 2 puoi calcolare la velocità di aggiornamento del robot.

Infine, e soprattutto, ho trovato 2 accordature per GiggleBot. Uno di questi è per quando i LED Neopixel sono spenti e l'altro è per quando è diversamente. I LED Neopixel vengono utilizzati per mostrare in quale direzione si è accumulato l'errore.

1° set di tuning dei parametri (con led NeoPixel spenti)

1. Kp = 32.0
2. Ki = 0,5
3. Kd = 80.0
4. trigger_setpoint = 0,3 (che è il 30%)
5. min_speed_percent = 0,2 (che è il 20%)
6. base_speed = 100 (ovvero velocità massima)
7. update_rate = 70 (in esecuzione a 70Hz)

2° set di tuning dei parametri (con i led NeoPixel accesi)

1. Kp = 25,0
2. Ki = 0,5
3. Kd = 35,0
4. trigger_setpoint = 0,3 (che è il 30%)
5. min_speed_percent = 0,3 (che è il 30%)
6. base_speed = 70 (ovvero velocità massima)
7. update_rate = 50 (in esecuzione a 50Hz)
8. Inoltre, la variabile run_neopixels deve essere impostata su True nello script che viene caricato sul micro:bit BBC di GiggleBot. Questo farà lampeggiare i LED NeoPixel in modo tale da indicare verso quale direzione si accumula l'errore.

Passaggio 6: GiggleBot in esecuzione con i NeoPixel spenti

Questo è un esempio di esecuzione di GiggleBot con i primi parametri di ottimizzazione trovati nel passaggio precedente. Questo esempio ha i LED NeoPixel spenti.

Passaggio 7: GiggleBot in esecuzione con i Neopixel accesi

Questo è un esempio di esecuzione di GiggleBot con il secondo set di parametri di ottimizzazione trovato nel passaggio 5. Questo esempio ha i LED NeoPixel accesi.

Nota come in questo esempio, GiggleBot ha più difficoltà a seguire la linea, perché i LED Neopixel "mangiano" il tempo della CPU del micro:bit BBC. Ecco perché abbiamo dovuto ridurre la frequenza di aggiornamento da 70 a 50.