Bài 6: Chương Trình Điều Khiển Robot | Chuyên đề học tập Tin học 10 (Định hướng khoa học máy tính) | Chuyên Đề 2: Kết Nối Robot Với Máy Tính - Lớp 10 - Kết Nối Tri Thức Với Cuộc Sống

Trang 28

Học xong bài này em sẽ:

- Biết cách thiết lập và kiểm tra chương trình điều khiển robot.

- Biết cấu trúc chung của một chương trình điều khiển robot.

Khởi động

Em đã biết muốn điều khiển robot thì cần viết chương trình. Một chương trình điều khiển robot có đặc điểm gì? Cấu trúc một chương trình như thế nào? Bài học này sẽ giúp các em thiết lập được chương trình để điều khiển robot.

1. Thiết lập chương trình điều khiển robot

a) Ngôn ngữ lập trình

Nói chung, các phần mềm lập trình điều khiển robot đều cho phép sử dụng một số ngôn ngữ lập trình bậc cao như C++, Python,... hoặc lập trình kéo thả để viết các chương trình điều khiển. Hình 6.1 là giao diện phần mềm GaraBlock lập trình điều khiển cho bảng mạch điều khiển G-Robot.

Hình 6.1. Giao diện phần mềm GaraBlock

Trang 29

b) Thiết lập chương trình đầu tiên

Chúng ta sẽ thiết lập một chương trình đơn giản bằng cách kéo thả vào màn hình để tạo hai khối lệnh như Hình 6.2. Khối thứ nhất bao gồm các lệnh được thực hiện bốn lần phía sau khối lệnh Khởi động chương trình. Khối thứ hai nằm trong vòng lặp vô tận.

Hình 6.2. Chương trình đầu tiên

Khối thứ nhất (Khởi động chương trinh) gồm lệnh lặp bốn lần hành động đi thẳng với tốc độ 100 trong một giây.

Khối thứ hai (Lặp lại vô tận) gồm lệnh lặp vô tận hành động đi thẳng với tốc độ 100 trong một giây và bật còi trong một giây sau đó tắt cõi.

Câu hỏi

1. Trong chương trình ở Hình 6.2, nếu bỏ 5 câu lệnh nằm trong vòng lặp vô tận (trong khối lệnh thứ hai) ra ngoài vòng lặp vô tận thì chương trinh sẽ chạy như thế nào?

2. Vì sao 5 câu lệnh trong khối lệnh thứ hai ở Hình 6.2 cần phải đưa vào trong vòng lặp vô tận?

2. Cấu trúc chương trình điều khiển robot

Trước hết cần phân biệt sự khác nhau giữa việc thực hiện chương trình trên máy tính và chương trình điều khiển robot. Với chương trình thực hiện trên máy tính, toàn bộ chương trình và dữ liệu thường được đưa vào bộ nhớ và thực hiện lần lượt các lệnh, chương trình chủ động yêu cầu khi cần thông tin từ thiết bị vào (bàn phím, chuột,...). Với robot, chương trình điều khiển phải thường xuyên chờ để tiếp nhận thông tin vào (tín hiệu thu được từ các cảm biến, nút bấm,...) và xử lí để điều khiển các cơ cấu chấp hành (động cơ, tay nâng...) và phụ kiện tiếp nhận điều khiển (cõi, màn hình,...) gần như tức thời, cho nên cấu trúc và thực hiện chương trình khác chương trình thực hiện trên máy tính.

Các chương trình điều khiển robot thường có hai khối lệnh như Hình 6.3.

Hình 6.3. Cấu trúc chương trình điều khiển robot

Khối lệnh này thực hiện khi khởi động chương trình và chạy một lần.

Khối lệnh này thực hiện lập vô tận dùng để xử lí tín hiệu nhận từ bên ngoài.

Trang 29

– Khối lệnh thứ nhất sẽ được thực hiện một lần ngay sau khi nạp chương trình vào bộ nhớ của robot hoặc mỗi khi bật công tắc nguồn của bộ nhớ.

– Khối lệnh nằm trong vòng lặp vô tận thường là những lệnh thu nhận thông tin vào từ cảm biến hoặc phụ kiện (như bẫm nút hoặc nhận sóng hồng ngoại từ vì điều khiển). Các lệnh này sẽ xử lí thông tin nhận được và chuyển điều khiển đến các cơ cấu chấp hành và các phụ kiện tiếp nhận điều khiển theo yêu cầu của chương trình.

Ví dụ 1. Robot tự hành, khi thấy vật cản phía trước thì dừng lại. Như vậy khi bắt đầu chương trình chúng ta thiết lập lệnh cho robot chuyển động. Trong vòng lặp vô tận cần luôn thực hiện kiểm tra nếu thấy vật cản phía trước thì dừng lại.

Ví dụ 2. Robot dò đường, tự động tim đường đi trên sa bàn. Khi bắt đầu chương trình cần thiết lập lệnh cho robot chuyển động. Trong vòng lặp vô tận cần luôn kiểm tra dò đường, nếu thấy lệch khỏi đường đi thì điều chỉnh robot quay trái hoặc quay phải để đảm bảo đi đúng theo đường đã vạch ra trên sa bàn.

Câu hỏi

Nếu thay vòng lặp vô tận trong sơ đồ ở Hình 6.3 bằng vòng lặp hữu hạn thì chương trình còn đúng không?

3. Lập trình điều khiển robot

Để có thể mô tả chung chương trình điều khiển cho các loại robot khác nhau chúng ta sẽ không sử dụng một ngôn ngữ lập trình cụ thể mà thiết lập một hệ thống mã giả đơn giản và dễ hiểu. Bảng 6.1 mô tả các lệnh mã giả cơ bản. Các lệnh điều khiển các cơ cấu cảm biến và chấp hành sẽ được học trong các bài tiếp theo.

Bảng 6.1. Mô tả các lệnh mã giả cơ bản

Trang 31

Lưu ý: Một số bảng mạch không hỗ trợ lệnh dừng toàn bộ stop.

Ví dụ chương trình điều khiển bảng mạch G-Robot ở Hình 6.2 có thể mô tả lại bằng mã giả như sau:

Khởi động chương trình

repeat 4

Đi thẳng (100)

Đợi 1 giây

forever

Đi thẳng (100)

Đợi 1 giây

Bật còi

Đợi 1 giây

Tắt còi

Câu hỏi

1. Vì sao nhóm lệnh lặp vô tận phải đặt ở cuối chương trình?

2. Em hãy viết chương trình bằng mã giả để điều khiển G-Robot luôn đi thẳng với tốc độ 100 trong 1 giây và xoay trái với tốc độ 100 trong 0.5 giây.

LUYỆN TẬP

1. Khi robot hoạt động theo chương trình đã nạp chưa đúng như mong muốn thì cần phải làm gi?

2. Robot nhận các tín hiệu từ bên ngoài như thế nào? Em hãy trình bày cơ chế nhận các thông tin đó.

VẬN DỤNG

Em hãy viết chương trình bằng mã giả điều khiển G-Robot thực hiện:

- Khi bắt đầu chương trình G-Robot sẽ bật còi trong 1 giây rồi tắt còi. Quá trình bật tắt còi lặp lại 3 lần.

- Sau đó, G-Robot luôn đi thẳng với tốc độ 100 trong 1 giây và đi lùi với tốc độ 100 trong 2 giây.