سلسلة دروس الروبوت التعل م قسم برمجة NXT والخوارزم ات )حساس الضوء واأللوان( www.talents.edu.sa 1
اإلصدار 1,1 سبتمبر 2111 شركة المواهب الوطن ة للتدر ب والتعل م 2111 بعض الحقوق محفوظة. باستثناء المواضع الت ذكر ف ها سوى ذلك فإن هذا المستند مرخ ص وفق رخصة المشاع اإلبداع نسب - غ ر تجاري - ال اشتقاق 3.1. للحصول على التفاص ل الكاملة لهذه الرخصة قم رجاء بز ارة الرابط الموجود أعاله. لك الحر ة ف : المشاركة: نسخ وتوز ع ونقل العمل. بشرط االلتزام بما ل : النسب: عزو العمل إلى صاحب الرخصة بالشكل المناسب. غ ر تجاري: عدم استخدام هذا العمل ألغراض تجار ة. ال اشتقاق: عدم تغ ر هذا العمل أو البناء عل ه واالشتقاق منه. 2
التمه د هدف هذا الكتاب إلى مساعدتك ف تطو ر فهمك لعمل حساس الضوء و ك ف ة عمل حساس األلوان بطرق مختلفة ومتنوعة باستخدام برنامج.LEGO MINDSTORMS و لتعز ز هذا المفهوم قمنا بتفص ل جم ع النشاطات خطوة بخطوة لتت ح للمتدرب استخدام هذا الكت ب كمرجع لبرمجة الروبوت باللغة العرب ة. كما حتوي كل نشاط ف هذا الكتاب على هدف تعل م وتعل مات تتعلق بالبناء والبرمجة. مالحظة: الكت ب. جب على المتدرب إتمام جم ع نشاطات كت ب البرمجة والخوارزم ات قبل البدء بهذا المحتو ات قائمة المواض ع المواض ع 1. حساس ضوئ واحد 2. حساس ن ضوئ ن 3. ثالث حساسات ضوئ ة 4. حساس األلوان الصفحة 5 01 03 01 3
األدوات الالزمة: حساس األلوان توفير حساسين ضوئيين إضافي لكل مجموعة لوح كرتون )أب ض( شر ط كهربائ )أسود( مقص الملون كت ب قص و لزق التحدي العام : األهداف التعل م ة: بناء روبوت ال ( NXT لبناء الروبوت قم بالرجوع إلى دل ل البناء الملحق ف نها ة الملف ) برمجة الروبوت باستخدام برنامج ل غو ما ندستورمز LEGO MINDSTORMES لالستجابة لحساس الضوء sensor( )Light ل األسود المتعرج التحدي : ف هذا التحدي س تم وضع خط أسود متعرج على لوحة ب ضاء وستقوم ببرمجة الروبوت لتتبع ذلك الخط باستخدام التال : 0. حساس ضوئ واحد 2. حساس ن ضوئ ن 3. ثالث حساسات ضوئ ة 4
1. حساس ضوئ واحد مقدمة: ستط ع الروبوت التم ز ب ن األلوان المختلفة وذلك عن طر ق حساس الضوء sensor( )Light عتبر حساس الضوء بمثابة الع ن الت رى بها الروبوت ح ث أنه عط قراءات تتراوح ق متها ما ب ن )1 إلى 011( بحسب اختالف األلوان الحساس ف المنطقة (b) الحساس ف المنطقة (c) الحساس ف المنطقة (d) رى اللون األسود رى اللون الرمادي متدرجا ب ن األب ض و األسود رى اللون األب ض بإمكان الروبوت أن قوم ب و ذلك باستخدام حساس الضوء. وجد عدد من اآلل ات الت تستخدم لتتبع الخط معتمدة على حساس ضوئ واحد " متتبع حافة الخط" ه األكثر ش وعا. باستخدام آل ة " متتبع حافة الخط " باإلمكان أو الحد الفاصل ب ن لون ن مختلف ن كم هو موضح بالشكل 5
متتبع حافة الخط: ه آل ة تستخدم لتتبع حافة الخط و ل س الخط نفسه كما مكن استخدامها ف تتبع الحد الفاصل ب ن لون ن مختلف ن خوارزم ة البرنامج: 6
البرنامج : المنافذ المستخدمة : منفذ المخرجات A B C خطوات البرمجة : أمر التكرار ( forever ) المحركات محرك محرك منفذ المدخالت 1 2 3 4 الحساس حساس الضوء أمر التفرع قم باخت ار نوع الحساس تفاص ل أمر التحرك ف حالة ق مة الضوء أكبر من : 51 تفاص ل أمر التحرك ف حالة ق مة الضوء أصغر من : 51 7
برنامجا آخر أكثر دقة : خطوات البرمجة : أمر التكرار ( forever ) أمر التفرع األول قم باخت ار نوع الحساس تفاص ل أمر التحرك ف حالة ق مة الضوء أكبر من : 51 تفاص ل أمر التحرك ف حالة ق مة الضوء أصغر من : 51 أمر التفرع الثان 8
تفاص ل أمر التحرك ف حالة ق مة الضوء أكبر من : 51 تفاص ل أمر التحرك ف حالة ق مة الضوء أصغر من : 51 معلومات إضاف ة : اكتشاف الخط: قوم حساس الضوء بقراءة ق مة اإلضاءة )اللون( وتتغ ر هذه الق مة بتغ ر درجة اللون وشدة اإلضاءة. ف حالة األلوان الفاتحة ( األب ض الفض الخ( س تم قراءة ق م كب رة ب نما ف حالة األلوان الداكنة كاألسود س تم قراءة ق م منخفضة. مالحظة: لتحد د الق مة المطلوبة ل تم حساب متوسط الق م المأخوذة على سب ل المثال: اللون األب ض = 61 اللون األسود = 41 المتوسط = = = و بذلك ف حالة أن حساس الضوء قام بقراءة ق م أكبر من 51 س عتبر أن الروبوت متواجد على الخط وبذلك قوم باالنحراف إلى ال سار ب نما ف حالة قراءة ق م أقل من 51 س عتبر أن الروبوت خرج عن مسار الخط ف قوم باالنحراف إلى ال م ن. ز ادة دقة "متتبع حافة الخط": باستخدام آل ة "متتبع حافة الخط" قوم الروبوت بتنف ذ األمر ن التال ن الدوران إلى ال م ن أو إلى ال سار حسب قراءته لإلضاءة. لز ادة دقة هذه اآلل ة مكن األخذ باالعتبار أنه ف حالة تواجد الروبوت على حافة الخط مباشرة قوم بمتابعة التحرك إلى األمام. سلوك الروبوت المتوقع وضع الروبوت بالنسبة للخط قراءة حساس الضوء الدوران إلى ال سار متواجد على الخط أقل من 45 التحرك إلى األمام متواجد على حافة الخط ب ن 45 و 55 الدوران إلى ال م ن بع د عن حافة الخط اكبر من 55 9
11
2. حساس ن ضوئ ن مقدمة: عند استخدام حساس ن ضوئ ن مكننا تصم م خوارزم ة أسرع وأكثر دقة وذلك بإضافة الحساس ن بتصم م مع ن حتى تمكن رؤ ة طرف الخط. خوارزم ة البرنامج: المنافذ المستخدمة : منفذ المخرجات A B C المحركات محرك محرك منفذ المدخالت 1 2 3 4 الحساس حساس الضوء 0 حساس الضوء 2 11
البرنامج : 12
خطوات البرمجة : أمر التكرار ( forever ) أمر التفرع األول ( حساس الضوء ) تفاص ل أمر التحرك ف حالة ق مة الضوء أكبر من : 51 أمر التفرع الثان ( حساس الضوء ) تفاص ل أمر التحرك ف حالة ق مة الضوء أكبر من : 51 تفاص ل أمر التحرك ف حالة ق مة الضوء أصغر من : 51 تفاص ل أمر التحرك ف حالة ق مة الضوء أصغر من : 51 أمر التفرع الثالث ( حساس الضوء ) تفاص ل أمر التحرك ف حالة ق مة الضوء أكبر من : 51 تفاص ل أمر التحرك ف حالة ق مة الضوء أصغر من : 51 13
: ) معلومات إضاف ة ( ل حساس ن ضوئ ن االحتماالت األربعة لوضع ة حساس الضوء : كال الحساس ن روا الخط األسود حساس الضوء األ سر رى الخط األسود حساس الضوء األ من رى الخط األسود كال الحساس ن ال روا الخط األسود سلوك الروبوت المتوقع هل حساس الضوء األ سر رى الخط هل حساس الضوء األ من رى الخط األسود األسود التحرك إلى األمام ال ال الدوران إلى ال م ن نعم ال الدوران إلى ال سار ال نعم ارتباك نعم نعم األحتماالت األربعة : التحرك إلى األمام: مكن موازنة السرعة وذلك الن الروبوت ال كون قادرا على قراءة الخط األسود عندما تكون السرعة عال ة. الدوران إلى ال م ن و ال سار: مكن التحكم بكل من سرعة وزاو ة الدوران. فف حالة الخطوط المستق مة مكن التقل ل من حده الدوران ب نما تتطلب الخطوط ذات االنحناءات القو ة ز ادة حدتها. ارتباك: ماذا حدث إذا كان كال الحساس ن روا الخط األسود هل وصل الروبوت لمفترق طرق و هل الروبوت أبتعد عن الخط األسود تماما 14
بثالث 3. حساسات ضوئ ة مقدمة: ف النشاط السابق تم استخدام حساس ن ضوئ ن ل تتبع الروبوت الخط األسود مكننا تحس ن البرنامج السابق باستخدام ثالث حساسات ضوئ ة وذلك بالتعرف على االحتماالت الت مكن أن تعرض لها الروبوت وه كالتال : خوارزم ة البرنامج: الفرق ب ن الدوران و الدوران إلى أقصى ال م ن أو ال سار: الدوران الدوران إلى أقصى ال م ن أو ال سار 15
المنافذ المستخدمة : البرنامج : منفذ المخرجات A B C المحركات محرك محرك منفذ المدخالت 1 2 3 4 الحساس حساس الضوء 0 حساس الضوء 2 حساس الضوء 3 خطوات البرمجة : أمر التكرار ( forever ) أمر التفرع األول ( حساس الضوء ) 16
تفاص ل أمر التحرك ف حالة ق مة الضوء أكبر من ( 51 التفرع األول ) : أمر التفرع الثان ( حساس الضوء ) تفاص ل أمر التحرك ف حالة ق مة الضوء أكبر من ( 51 التفرع الثان ) : أمر التفرع الثالث ( حساس الضوء ) تفاص ل أمر التحرك ف حالة ق مة الضوء أكبر من : 51 تفاص ل أمر التحرك ف حالة ق مة الضوء أصغر من : 51 تفاص ل أمر التحرك ف حالة ق مة الضوء أصغر من ( 51 التفرع الثان ) : أمر التفرع الثالث ( حساس الضوء ) تفاص ل أمر التحرك ف حالة ق مة الضوء أكبر من : 51 تفاص ل أمر التحرك ف حالة ق مة الضوء أصغر من : 51 17
تفاص ل أمر التحرك ف حالة ق مة الضوء أصغر من : 51 أمر التفرع الثان ( حساس الضوء ) تفاص ل أمر التحرك ف حالة ق مة الضوء أكبر من ( 51 التفرع الثان ) : أمر التفرع الثالث ( حساس الضوء ) تفاص ل أمر التحرك ف حالة ق مة الضوء أكبر من : 51 تفاص ل أمر التحرك ف حالة ق مة الضوء أصغر من : 51 تفاص ل أمر التحرك ف حالة ق مة الضوء أصغر من : 51 أمر التفرع الثالث ( حساس الضوء ) تفاص ل أمر التحرك ف حالة ق مة الضوء أكبر من : 51 تفاص ل أمر التحرك ف حالة ق مة الضوء أصغر من : 51 18
: ) معلومات إضاف ة ( ل بثالث حساسات ضوئ ة هل حساس الضوء األ سر رى الخط األسود هل حساس الضوء األوسط رى الخط األسود هل حساس الضوء األ من رى الخط األسود سلوك الروبوت المتوقع أبتعد عن الخط ال ال ال الدوران إلى أقصى ال م ن نعم ال ال التحرك إلى األمام ال نعم ال الدوران إلى ال م ن نعم نعم ال الدوران إلى أقصى ال سار ال ال نعم هل هذا ممكن نعم ال نعم الدوران إلى ال سار ال نعم نعم ارتباك نعم نعم نعم بعض االحتماالت لوضع ة حساسات الضوء : ثالث احتماالت صعب حدوثها: كل الحساسات ترى الخط األسود: o وصل الروبوت إلى تقاطع خط ن أو إلى خط عامودي على مستوى الخط األسود السابق كل الحساسات ال روا الخط األسود : o أبتعد الروبوت عن الخط كل ا أو وجود ثغرة على الخط األسود كل الحساسات ترى الخط األسود ما عدا الحساس األوسط و ف واقع األمر صعب حدوث هذه الحالة مالحظة: الهدف من االحتماالت السابقة هو ز ادة المسافة الت مكن للروبوت قطعها و التقل ل من وقت تنف ذ مهمة 19
مالحظات عن برنامج بكل الحاالت السابقة : هنالك العد د من المتغ رات تتواجد عند عمل الروبوت للمهمة و هذه المتغ رات لها تأث ر على أداء الروبوت و من المستح ل إعطاء ق مة مع نة ثابتة ألحد الحاالت : لون الخط : جب أن كون هناك تبا ن تام ب ن لون الخط و لون الخلف ة األرض سمك الخط : سماكة الخط تسهل عمل ة التتبع نوع ة الخط : تأثر على حده دورات الروبوت الخط : o o o البرمجة : o قراءة الحساس : قراءة الحساس الواحد تؤثر على الق مة المتوسطة و بشكل عام قرائه حساس ن ال تعط نفس الق مة o سرعة التتبع : تتأثر سرعة تتبع الروبوت ف حال تنف ذه ألكثر من مهمة ف نفس الوقت التصم م الهندس : o المسافة ب ن الحساسات : تباعد المسافة ب ن الحساسات س ؤثر على كم ة الحساسات المطلوبة ل تمكن الروبوت من رؤ ة الخط. o المسافة ماب ن الحساسات و الخط األسود: كل ما بعدت المسافة ب نهما قلت دقة قراءة الحساسات 21
4. حساس األلوان تعر ف بس ط: تم ز حساس األلوان بإمكان ة أداء ثالث مهام و الت تشمل: العمل كحساس ألوان للتم ز ب ن سنة ألوان مختلفة كما عمل أ ضا كحساس للضوء لق اس شدة الضوء سواء كانت األضواء المنعكسة أو المح طة و أخ را مكن أن عمل كمصباح ضوئ صدر األلوان التال ة األحمر و األخضر و األزرق. إضافة أمر حساس األلوان : جب تحم ل األمر إلى برنامج الما ندستورمز كالتال : 21
22
التحدي األول : ( لبناء الروبوت قم بالرجوع إلى دل ل البناء الملحق ف نها ة الملف ) بناء روبوت ال NXT الهدف: NXT األلوان و عرض ق مها على شاشة ال برمجة الروبوت لالستجابة لحساس التحدي : عرض ق م األلوان على شاشة الروبوت و ذلك ف هذا التحدي ستقوم ببناء وبرمجة روبوت ال NXT باستخدام حساس األلوان المنافذ المستخدمة : منفذ المخرجات A B H C البرنامج: المحركات محرك محرك منفذ المدخالت 1 2 3 4 الحساس حساس األلوان خطوات البرمجة : أمر التكرار ( forever ) أمر قراءة حساس األلوان 23
أمر التحو ل من رقم إلى نص أمر اإلظهار على الشاشة أمر االنتظار لمدة ثان ة واحدة 24
التحدي الثان : ( لبناء الروبوت قم بالرجوع بناء روبوت ال NXT الهدف: إلى دل ل البناء الملحق ف نها ة الملف ) برمجة الروبوت لالستجابة لحساس األلوان بح ث قوم بتتبعها التحدي : ف هذا التحدي ستقوم ببناء وبرمجة روبوت ال NXT بح ث قوم بقراءة وتتبع األلوان الموجودة على اللوح كما هو موضح بالشكل. المنافذ المستخدمة : منفذ المخرجات A B C المحركات محرك محرك منفذ المدخالت 1 2 3 4 الحساس حساس األلوان مالحظة: س تم استخدام أمر االنتظار حساس األلوان و تمثل بهذا الشكل خطوات البرمجة : أمر التحرك لمدة غ ر محدودة 25
أمر انتظار حساس األلوان ) قوم بالتحقق من قراءة اللون األحمر ) إ قاف أمر التحرك أمر اإلظهار على الشاشة أمر الصوت أمر التحرك ( باللف 91 درجة إلى ال م ن ) أمر التحرك ( إلى األمام ) 1 Rotation 26
أمر التحرك ( باللف 91 درجة إلى ال سار ) أمر التحرك لمدة غ ر محدودة أمر انتظار حساس األلوان ) قوم بالتحقق من قراءة اللون األصفر ) إ قاف أمر التحرك أمر اإلظهار على الشاشة أمر الصوت 27
أمر التحرك ( باللف 91 درجة إلى ال سار ) أمر التحرك لمدة غ ر محدودة أمر انتظار حساس األلوان ) قوم بالتحقق من قراءة اللون األزرق ) أمر اإلظهار على الشاشة أمر الصوت أمر االنتظار ( لمدة ثان ت ن ) 28
: معلومات إضاف ة ( ل حساس األلوان ) خصائص أمر حساس األلوان : ك حساس األلوان : الشكل العام : رقم المنفذ المختار 0. وضع ة عمل الحساس 2. محور الب انات وجد بداخله سلسلة من المنافذ 3. الخصائص:.0 المنفذ - Port 2. Action - وضع ة عمل الحساس ك حساس األلوان أو حساس الضوء.3 Compare - مقارنة : - Inside Range بداخل النطاق - Outside Range بخارج النطاق 4. األسهم المتوفرة على ال م ن وال سار تساعد على تحدد الق مة اللون المطلوب : األسود واألزرق واألخضر واألصفر واألحمر واألب ض ك حساس الضوء: الشكل العام : رقم المنفذ المختار 0. وضع ة العمل للحساس كحساس الضوء و تحد د اللون 2. المفعل : األحمر و األخضر أو األزرق. المستوى المحدد لتفع ل ق مة الضوء 3. محور الب انات وجد بداخله سلسلة من المنافذ 4. الخصائص : السهم المتوفر س حدد الق مة الت تر د إدخالها خاص ة الضوء المنبعث : و مكن تغ ر اإلضاءة المنبعثة بأحد هذه األلوان : األحمر و األخضر واألزرق عرض ق م الحساس الضوء.0.2.3 29