Оборудование
- • Робот-платформа
- • Ультразвуковой датчик HC-SR04
- • Препятствия для полигона
Лабораторная №3
Объезд препятствий по данным ультразвукового датчика
Научиться измерять расстояние до объекта и строить реакцию робота на препятствия.
Продолжительность: 90 минут
Программное обеспечение
- • Виртуальный полигон
- • Arduino IDE
Подготовка к работе
- • Закрепите датчик так, чтобы поле обзора не перекрывалось корпусом.
- • Подготовьте полигон минимум с тремя типами препятствий.
- • Создайте таблицу для записи расстояний и реакции робота.
Техника безопасности
- • Проводите тесты на небольшой скорости, особенно в начале.
- • Не располагайте хрупкие предметы в зоне движения робота.
- • При нестабильном питании остановите тест и проверьте соединения.
Краткая теория
Разбираем время пролёта ультразвуковой волны, перевод в расстояние и логику принятия решений. Анализируем влияние угла поверхности и шумов измерения.
Ожидаемый результат: Робот корректно останавливается перед препятствием и выбирает безопасное направление объезда.
План занятия по времени
| Этап | Минут |
|---|---|
| Подготовка полигона и подключение датчика | 15 |
| Проверка и фильтрация измерений | 20 |
| Реализация логики объезда | 25 |
| Серийные тесты на препятствиях | 20 |
| Подведение итогов | 10 |
Пошаговая инструкция
- 1. Подключите TRIG/ECHO и убедитесь, что измерения в покое стабильны.
- 2. Соберите серию из 20 измерений на фиксированном расстоянии и определите разброс.
- 3. Внедрите пороги: предупреждение (например, 30 см) и критическая зона (например, 20 см).
- 4. Реализуйте последовательность: остановка → сканирование → выбор поворота → продолжение движения.
- 5. Протестируйте алгоритм на препятствиях разной формы и материала.
- 6. Оцените число столкновений и время прохождения трассы.
Виртуальная практика
Цель: Отладить алгоритм принятия решений без риска столкновения с оборудованием.
Шаги
- • Запустите полигон с несколькими препятствиями в симуляторе.
- • Запишите, при каких порогах робот избегает «залипания» перед стеной.
- • Подберите стратегию выхода из тупика (назад + альтернативный поворот).
Критерии успешности
- • Не более одного столкновения на 3 попытки.
- • Робот не застревает в цикле поворотов дольше 5 секунд.
- • Студент аргументирует выбранные пороги и стратегию.
Базовый уровень
Сделайте остановку перед препятствием ближе 20 см.
Повышенный уровень
Добавьте выбор направления поворота по результатам двух измерений.
Творческое задание
Оптимизируйте траекторию для минимального времени обхода без столкновений.
Чек-лист самопроверки
- ✓ Измерения расстояния стабильны
- ✓ Пороги срабатывания обоснованы
- ✓ Столкновений в основном сценарии нет
- ✓ Описана логика принятия решений
Типичные ошибки
- • Отсутствует фильтрация «скачущих» измерений.
- • Порог критической зоны слишком мал.
- • Нет сценария выхода из тупика.
Контрольные вопросы
- • Почему измерения дальномера могут «шуметь»?
- • Зачем разделять предупреждающий и критический пороги?
- • Какой сценарий вы применили для выхода из тупика?
Шаблон отчёта
- 1. Схема подключения ультразвукового датчика.
- 2. Таблица исходных измерений и фильтрации.
- 3. Описание логики объезда (блок-схема или псевдокод).
- 4. Результаты тестов: столкновения, время прохождения.
- 5. Выводы и предложения по улучшению.
Критерии оценивания
| Критерий | Баллы |
|---|---|
| Корректность работы дальномера | 0–3 |
| Качество алгоритма объезда | 0–3 |
| Результаты тестирования и анализ | 0–2 |
| Структура и полнота отчёта | 0–2 |