Τα Lego Mindstorms συναντούν το Arduino

87 Pages·2017·4.08 MB·English

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ
ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ
ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ & ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ
ΤΟΜΕΑΣ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΩΝ

Τα Lego Mindstorms συναντούν το Arduino :
Ανάπτυξη πρωτότυπης πειραματικής πλατφόρμας

για έρευνα και εκπαίδευση

Διπλωματική Εργασία
του Ορέστη Μήλιου
ΑΕΜ: 7560
υπό την επίβλεψη του Καθηγητή
Τραϊανού Β. Γιούλτση
και του
Αντώνη Γ. Δημητρίου

ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ, 2017
1
Ευχαριστι ες

Καταρχήν θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά τον κ. Τραϊανό Γιούλτση για την ευκαιρία που
μου έδωσε να ασχοληθώ μ’ αυτό το υπέροχο αντικείμενο και που μου έδωσε την δυνατότητα
να πραγματοποιήσω ένα παιδικό μου όνειρο. Επίσης θα ήθελα να ευχαριστήσω μέσα από την
καρδιά μου τον κ. Αντώνη Δημητρίου, που πέρα από καταπληκτικός επιστήμονας , είναι και
υπέροχος άνθρωπος. Καθ’ όλη την διάρκεια της εκπόνησης αυτή της διπλωματικής εργασίας,
αποτέλεσε τον μέντορα και καθοδηγητή μου σ αυτό τον μαγικό κόσμο της τηλεπικοινωνίας
και των ρομπότ και μου θύμισε γιατί κάποτε αποφάσισα να σπουδάσω αυτό το αντικείμενο
και γιατί ο μικρός Ορέστης εύρισκε αυτό το αντικείμενο συναρπαστικό.
Θα τον έχω πάντα πρότυπο και ένα παράδειγμα έμπνευσης για μένα τόσο στο ακαδημαϊκό
επίπεδο όσο και στο επικοινωνιακό του χάρισμα.Αντώνη και πάλι σ ευχαριστώ για όλα.

Θα ήθελα όμως να τονίσω πόσο πολύ ευχαριστώ τον πατέρα μου, την μητέρα μου και την
αδερφούλα μου, που χωρίς την στήριξη τους, την αγάπη τους και την πίστη τους σε μένα δεν
θα μπορούσα να φανταστώ τον εαυτό μου με το πτυχίο αυτό. Ευχαριστώ τον Οδυσσέα που
ήταν ως αδερφικό φίλος και συνάδελφος ήταν ο μέντορας μου όλα αυτά τα χρόνια στις
σπουδές μου και πάντα μέσα από τις υπέροχες συζητήσεις μας μου έδινε θάρρος και ελπίδα
για να προσπαθώ. Οι συζητήσεις αυτές με έκαναν καλύτερο άτομο. Ευχαριστώ το κοριτσάκι
μου, την Ιφιγένεια , που χωρίς την αγάπη της και την στήριξή της τα τελευταία χρόνια ίσως
να μην έγραφα τώρα αυτές τις γραμμές. Το κλάμα χαράς σου όταν σου ανακοίνωσα ότι θα
ορκιστώ, σημαίνει πολλά για μένα. Τέλος, ευχαριστώ την Νένα που έπαιξε καθοριστικό ρόλο
στις μικρές και μεγάλες νίκες μου όλα αυτά τα χρόνια.

Γιαγιά , σ ευχαριστώ που κράτησες την υποσχεσή σου…
2
Περι ληψη

Καθώς η δεύτερη δεκαετία του 21ου αιώνα πλησιάζει στο τέλος της, βρισκόμαστε στο
μεταίχμιο μιας νέα συναρπαστικής εποχής για την ανθρωπότητα. Μια νέα γενιά “έξυπνων”
ρομπότ έχει ήδη αρχίσει να κάνει αισθητή την παρουσία της στον Βιομηχανικό κλάδο και
προβλέπεται πολύ σύντομα τα ρομπότ να γίνουν ένα αναπόσπαστο μέρος της καθημερινής
μας ζωής. Παράλληλα η εκθετική πρόοδος του κλάδου της Τεχνητής Νοημοσύνης θα φέρει
μια επανάσταση στην εποχή της πληροφορίας που κάνει τα άλλοτε επιστημονικά σενάρια
φαντασίας να φαντάζουν μια απτή πραγματικότητα του αύριο. Χώρες όπως η Ιαπωνία, η
Αμερική και η Γερμανία έχουν επενδύσει γιγαντιαία ποσά τα τελευταία χρόνια στην έρευνα
και ανάπτυξη του κλάδου της Ρομποτικής. Δύο νέοι υποκλάδοι της Ρομποτικής βρίσκονται
προ το πυλών και θα απασχολήσουν πολύ τους επιστήμονες του αύριο. Πρόκειται για την
Ρομποτική σμήνους (Swarm Robotics) και τα Συνεργατικά Ρομπότ (Collaborative Robots ή
Cobots), ρομπότ δηλαδή που έχουν σχεδιαστεί όχι για να αντικαταστήσουν τον άνθρωπο
αλλά για να συνεργαστούν μαζί του στο εργασιακό περιβάλλον και που θα μας
απασχολήσουν και στην παρούσα εργασία.
Στα πλαίσια της διπλωματικής αυτής εργασίας διενεργήθηκε ένα πείραμα με δύο ρομπότ
που αποτελούν ένα μικρό δείγμα ενός ευρύτερου σμήνους. Συγκεκριμένα ο στόχος μας ήταν
να μπορέσουμε να υλοποιήσουμε ένα σενάριο όπου τα ρομπότ μας θα ανταλλάξουν
μηνύματα, θα αποφασίσουν την από κοινού τους διαδικασία συνάντησή τους στα πλαίσια
ενός εσωτερικού χώρου και η τελική ευθυγράμμιση και συνάντησή τους. Η όλη διαδικασία
αυτή γίνεται μέσω συνεργασίας των δύο ρομπότ με την συνεχή ανταλλαγή πληροφοριών και
μετρήσεων που λαμβάνουν από τα αισθητήρια τους όργανα ώστε να διεκπεραιώσουν τον
κοινό τους στόχο.
Τα ρομπότ μας υλοποιήθηκαν με την ένωση δύο πολύ δημοφιλών και παγκοσμίων
διαδεδομένων πλατφορμών τόσο στον τομέα της εκπαίδευσης όσο και της ψυχαγωγίας.
Συγκεκριμένα ενώσαμε την πλατφόρμα Lego Mindstorms με την πλατφόρμα Arduino και
υλοποιήσαμε την επικοινωνία τους μέσα από τα αντίστοιχα περιβάλλοντα λογισμικού τους.
Παρακάτω θα παρουσιαστεί πρώτα ένα θεωρητικό υπόβαθρο της όλης διαδικασίας καθώς
και οι αλγόριθμοι που κρίθηκαν πιο αποτελεσματικοί για την υλοποίηση του περάματος.
Τέλος έχουμε την πραγματική κατασκευή των ρομπότ μας, την πρακτική υλοποίηση του
πειράματος καθώς και προτάσεις για περαιτέρω βελτίωση των αποτελεσμάτων και προτάσεις
για μελλοντική χρήση και εφαρμογή των ρομπότ μας στους τομείς της έρευνας της
εκπαίδευσης και της κοινωνικοποίησης παιδιών.
3
Abstract

While the second decade of the 21st century is coming to an end, we are on the verge
of a new fascinating era for humanity. A new generation of “smart” robots is already
making its presence felt in the Industrial field and it is predicted that very soon robots
will be an inseparable element of our everyday lives. In the meantime, the exponential
advance of the branch of Artificial Intelligence will bring a revolution in the age of
Information making past scientific fiction scenarios to be the tangible reality of
tomorrow. Countries like Japan, the USA and Germany have invested huge amounts
of money in the last years in the research on the field of Robotics. Two new branches
of Robotics are coming to the spotlight and are for sure going to capture the attention
of the next generation of scientist. These are Swarm Robotics and Collaborative
Robots or Cobots, which are robots that have been designed not to replace humans
but to co-operate with them in the working environment and that we will discuss
further in this thesis.
In the context of this thesis we conducted an experiment of two robots which are
part of and a swarm. More specifically our goal was to materialise a scenario where
two robots exchange messages and decide to start a process of meeting its other in the
setting of an indoor room and to conduct a process of alignment and meeting each
other. The whole process takes part through constant collaboration of the two robots
with a non stop exchange of data and measurements which are conducted by their
sensors in order to achieve their common goal.
Our robots were made by connecting two very popular and globally widespread
platforms in the area of education and entertainment. In specific we connected the
platform of Lego Mindstorms and the platform of Arduino and we established their
communication through their own software.
Further down we will introduce a theoretical background of the whole process and
we will discuss the algorithms that were considered more effective for the
achievement of our experiment. In the end we will present the actual construction of
the robots and the practical implementation of the process as well as suggestions for
further improvement of the results and also suggestions for future use and application
of our robots in the fields of research, education and socialising of young children.

4
Περιεχόμενα
1 Εισαγωγή ....................................................................................................... 9
1.1 Γενικά .......................................................................................................................... 9
1.2 Σκοπός της Διπλωματικής Εργασίας......................................................................... 10
1.3 Δομή διπλωματικής εργασίας ................................................................................... 11
1.4 Βασικές έννοιες ......................................................................................................... 11
1.4.1 Ρομποτική σμήνους και Νοημοσύνη σμήνους ............................................................. 12
1.4.2 Συνεργατικά Ρομπότ ..................................................................................................... 13
1.4.3 Η Τέταρτη Βιομηχανική Επανάσταση ......................................................................... 14
2 Lego Mindstorms ........................................................................................ 16
2.1 Εισαγωγή Lego Mindstorms. .................................................................................... 16
2.2 Πρώτη γενιά Lego Mindstorms - RCX ..................................................................... 16
2.3 Δεύτερη γενιά Lego Mindstorms – NXT .................................................................. 18
2.3.1 To NXT γενικά ............................................................................................................ 18
2.3.2 Λογισμικό LABVIEW .................................................................................................. 19
2.3.3 Αισθητήρες του NXT ................................................................................................... 19
2.4 Τρίτη γενιά Lego Mindstorms – EV3 ....................................................................... 19
2.4.1 Το ΕV3 γενικά ............................................................................................................. 19
2.4.2 Το ΕV3 Education Edition .......................................................................................... 21
2.4.3 To περιβάλλον προγραμματισμού Lego Mindstorms EV3 .......................................... 22
2.4.4 Η σπουδαιότητα του Lego Mindstorms Education set ................................................ 23
3 Arduino ........................................................................................................ 25
3.1 Γενικά για το Arduino ............................................................................................... 25
3.2 Υλικό (Hardware) ..................................................................................................... 26
3.3 Arduino Uno .............................................................................................................. 27
3.3.1 Το board του Arduino Uno ........................................................................................... 27
3.3.2 H γλώσσα προγραμματισμού του Arduino Uno ........................................................... 28
3.3.3 Arduino Uno και Shields. ............................................................................................. 28
3.4 Γιατί χρησιμοποιήσαμε Arduino ............................................................................... 29
4 Ένωση EV3 – Arduino ............................................................................... 31
4.1 Σύντομη περιγραφή ................................................................................................... 31
4.2 Πρωτόκολλο I²C ....................................................................................................... 31
5
4.2.1 Γενική δομή .................................................................................................................. 31
4.2.2 Masters και Slaves ........................................................................................................ 32
4.2.3 Διαδικασία μεταφοράς δεδομένων ............................................................................... 33
4.2.4 Γιατί επιλέξαμε δίαυλο Ι²C ........................................................................................... 34
4.3 Σύνδεση EV3 και Arduino ........................................................................................ 34
4.3.1 Dexter Industries .......................................................................................................... 34
4.3.2 Στήνοντας το Hardware ................................................................................................ 35
4.3.3 I²C μεταξύ EV3 και Arduino ........................................................................................ 37
4.3.4 Λογισμικό I²C EV3 ...................................................................................................... 38
4.4 Κατασκευή Ρομπότ ................................................................................................... 39
4.4.1 Γενικό μοντέλο ............................................................................................................. 39
4.4.2 Συναρμολόγηση ............................................................................................................ 40
4.4.3 Τελική τροποποίηση ..................................................................................................... 44
5 Η διαδικασία του πειράματος.................................................................... 46
5.1 Στόχος ........................................................................................................................ 46
5.2 Γενικός Αλγόριθμος .................................................................................................. 46
5.3 Κώδικας Υλοποίησης ............................................................................................... 50
5.3.1 Γενική δομή .................................................................................................................. 50
5.3.2 Κώδικας Mindstorms EV3 Software ............................................................................ 51
5.3.3 Κώδικας Arduino .......................................................................................................... 58
5.4 Προβλήματα .............................................................................................................. 76
5.4.1 Συγχρονισμός ............................................................................................................... 76
5.4.2 Μετρήσεις απόστασης .................................................................................................. 77
5.5 Βελτιώσεις ................................................................................................................. 78
6 Συμπεράσματα – Mελλοντική Εργασία .................................................... 81
6.1 Η νέα εποχή της 4ης Βιομηχανικής Επανάστασης. .................................................. 81
6.2 Ο ρόλος των ρομπότ του πειράματος μας στην νέα εποχή. ...................................... 81
6.3 Τα ρομπότ μας στην έρευνα, εκπαίδευση και στην κοινωνικοποίηση παιδιών ........ 85

6
Λι στα Εικό νων

Εικόνα 1.1 : Σμήνος ρομπότ που υλοποιήθηκε στο Πανεπιστήμιο του Harvard
Εικόνα 1.2 : Γραφική αναπαράσταση της εταιρείας ABB για συνεργατικά ρομπότ.
Εικόνα 2.1 : Brick πρώτης γενιάς προγραμματιζόμενο από το χρήστη.
Εικόνα 2.2 : Brick ΝΧΤ
Εικόνα 2.3 : Lego Mindstorms EV3 brick.
Εικόνα 2.4 : Lego Mindstorms EV3 set.
Εικόνα 2.5 : Lego Mindstorms EV3 – κατασκευάσιμα ρομπότ
Εικόνα 2.6 : To προγραμματιστικό περιβάλλον του EV3 με τα block κώδικα.
Εικόνα 2.7 : Στιγμιότυπο από την 13η Ολυμπιάδα Ρομποτικής
Εικόνα 3.1 : Το Logo της εταιρίας Arduimo.
Εικόνα 3.2 : Η ανατομία ενός Arduino.
Εικόνα 3.3 : Το Arduimo Uno
Εικόνα 3.4 : Βασική δομή κώδικα Arduino
Εικόνα 3.5 : Το SparkFun RFM22 Shield
Εικόνα 4.1 : Δίαυλος I2C.
Εικόνα 4.2 : Παράδειγμα σύνδεσης ενός master μικροεπεξεργαστή με 3 slave κόμβους.
Εικόνα 4.3 : Ακολουθίες Έναρξης - Λήξης.
Εικόνα 4.4 : Αποστολή Byte.
Εικόνα 4.5 : Σύνδεση ΕV3 με Arduino μέσω breadboard.
Εικόνα 4.6 : Σύνδεση συρμάτων κομμένου καλωδίου με κεφαλή pin.
Εικόνα 4.7 : Σύνδεση ΕV3 με Arduino μέσω breadboard
Εικόνα 4.8 : Γενικό μοντέλο σύνδεσης συσκευών μέσω I2C.
Εικόνα 4.9 : Απλό παράδειγμα στο οποίο το Arduino λαμβάνει ένα byte από το EV3
Εικόνα 4.10 : Block της Dexter Industries για I2C
Εικόνα 4.11 : Γενικό πρότυπο κατασκευής του ρομπότ
Εικόνα 4.12 : Τα στοιχεία του Lego Mindstorms EV3 : Education edition
Εικόνα 4.13 : Πρώτα βήματα της συναρμολόγησης.
Εικόνα 4.14 : Τοποθέτηση του πρώτου DC κινητήρα.
Εικόνα 4.15 : Σταθεροποίηση EV3 brick πάνω στην βάση του ρομπότ.
Εικόνα 4.16 : Ενίσχυση βάσης και τοποθέτηση ροδών πάνω στους κινητήρες
Εικόνα 4.17 : Τροχός ισορροπίας και μπροστινή όψη του ρομπότ.
Εικόνα 4.18 : Ολοκληρωμένο βασικό μοντέλο.
Εικόνα 4.19 : Τα δύο ρομπότ της εργασίας χωρίς την προσθήκη ακόμα του Arduino.
Εικόνα 4.20 : Επιπρόσθετη κατασκευή για την υποστήριξη του ενισχυμένου Arduino
Εικόνα 4.21 : Τελική εικόνα των δύο ρομπότ χωρίς τα ενισχυμένα Arduino.
Εικόνα 5.1 : Τα δύο ρομπότ στον χώρο.
Εικόνα 5.2 : Βασικά block κώδικα που χρησιμοποιήθηκαν.
Εικόνα 5.3 : Τα block κίνησης όταν το ρομπότ δεν έχει εντοπίσει άλλο ρομπότ.
Εικόνα 5.4 : Βήμα 2 της Μεθόδου 1 σε EV3 Software.
Εικόνα 5.5 : Επαναφέροντας το ρομπότ στην διεύθυνση ελάχιστης απόστασης από το άλλο.
Εικόνα 5.6 : Διερεύνηση απόστασης για μικρότερο γωνιακό άνοιγμα και μικρότερο βήμα.
Εικόνα 5.7 : Πρώτο μισό του κλάδου που αντιστοιχεί στο τελευταίο βήμα της διαδικασίας.
Εικόνα 5.8 : Δεύτερο μισό του κλάδου που αντιστοιχεί στο τελευταίο βήμα της διαδικασίας.
Εικόνα 5.9 : Εισαγωγή βιβλιοθηκών και ορισμός διεύθυνσης πηγής και προορισμού για rf22.
Εικόνα 5.10 : Pins και διεύθυνση slave.
Εικόνα 5.11 : Αρχικοποίηση rf22 και I2C επικοινωνίας.
Εικόνα 5.12 : Διαδικασία διαδοχικών παέτων μηνυμάτων rf22
Εικόνα 5.13 : Διαδικασία διαδοχικών παέτων μηνυμάτων rf22.
Εικόνα 5.14 : Συνάρτηση υπολογισμού απόστασης.
Εικόνα 5.15 : Η συνάρτηση sendData για αποστολή των byte στο EV3.
7
Εικόνα 5.16 : Η συνάρτηση sendData για αποστολή των byte στο EV3.
Εικόνα 5.17 : Σημείο εκτέλεσης του κώδικα μέσα στην main loop αφού έχουμε βρεί άλλο
Arduino.
Εικόνα 5.18 : Η συνάρτηση Τx με την οποία λαμβάνουμε την απόσταση που μέτρησε το R1.
Εικόνα 5.19 : To βήμα 2 της Μεθόδου 1 στο Arduino.
Εικόνα 5.20 : Συνάρτηση που εξασφαλίζει την αποστολή στο EV3 της γωνίας ελάχιστης
απόστασης.
Εικόνα 5.21 : Στο εσωτερικό της συνάρτησης “sendData( )”.
Εικόνα 5.22 : Στο εσωτερικό της Step3.
Εικόνα 5.23 : Κομμάτι της sendData( ) που θα εκτελείται κατά το Step3.
Εικόνα 5.24 : Κομμάτι της sendData( ) που θα εκτελείται κατά το Step3
Εικόνα 5.25 : Tο βελτιωμένο Step3 στο περιβάλλον προγραμματισμού του EV3.
Εικόνα 5.26 : Τεχνική μέσου όρου μετρήσεων απόστασης ανά γωνία.
Εικόνα 6.1 : Συνεργατκά ρομπότ που δουλεύουν μαζί με τον άνθρωπο.
Εικόνα 6.2 : Σύχρονα μοντέλα ρομπότ που αλληλεπιδρούν τόσο μεταξύ τους όσο και με τον
άνθρωπο.
Εικόνα 6.3 Ρομποτικό χέρι κατασκευασμένο από Lego Mindstorms.

8
1 Εισαγωγή

1.1 Γενικά

Βρισκόμαστε σε μια άκρως ενδιαφέρουσα και κρίσιμη στιγμή στην ιστορία του ανθρώπινου
γένους. Στην εποχή της 4ης Βιομηχανικής Επανάστασης. Οι νέες τεχνολογίες και οι φοβερές
τεχνολογικές εξελίξεις στους πιο σύγχρονους τομείς της ψηφιακής εποχής όπως η Τεχνητή
Νοημοσύνη, η Ρομποτική, το Internet of Things, τα αυτόνομα οχήματα, το 3-D printing, η
Νανοτεχνολογία, η Βιοτεχνολογία, η επιστήμη των υλικών και η κβαντικοί υπολογιστές είναι
τα στοιχεία που θα φέρουν αυτό το νέο στάδιο της Βιομηχανικής Επανάστασης που οι ειδικοί
επιστήμονες ορίζουν ως 4η Βιομηχανική Επανάσταση.
Η τεχνητή νοημοσύνη είναι ήδη παντού γύρω μας , από αυτόνομα οχήματα που οδηγούν από
μόνα τους και αυτόνομα μη επανδρωμένα αεροσκάφη, ως εικονικούς βοηθούς και λογισμικά
που μπορούν να πάρουν αποφάσεις για επενδύσεις. Η σπουδαία πρόοδος στον τομέα της
Τεχνητής Νοημοσύνης που οφείλεται στην εκθετική αύξηση της υπολογιστικής δύναμης και
την διαθεσιμότητα τεράστιου όγκου πληροφορίας πλέον έχει αρχίσει να αλληλεπιδρά και με
τον βιολογικό κόσμο σε καθημερινή βάση. Μηχανικοί, σχεδιαστές και αρχιτέκτονες έχουν
ενώσει τις δυνάμεις τους για να σχεδιάσουν συστήματα υπολογιστών που να μπορούν να
αντεπεξέλθουν στις συνεχώς και εκθετικά αυξανόμενες απαιτήσεις για επιπλέον
υπολογιστική δύναμη.
Στο τομέα της ρομποτικής δύο νέοι κλάδοι έχουν αρχίσει να κάνουν αισθητή την παρουσία
τους και να καταλαμβάνουν όλο και μεγαλύτερο μέρος στις νεότερη επιστημονική
βιβλιογραφία. Πρόκειται για τα «συνεργατικά ρομπότ» (collaborative robots – cobots) και
την ρομποτική σμήνους (swarm robotics). Παρακάτω στο παρόν Κεφάλαιο θα κάνουμε μια
σύντομη εισαγωγή στους κλάδους αυτούς της ρομποτικής και θα κάνουμε μια σύντομη
αναφορά στα βασικότερα σημεία τους.
Στην παρούσα εργασία εργαστήκαμε σε ένα σενάριο επικοινωνίας μεταξύ δύο ρομπότ στο
πλαίσιο συνεργατικής λειτουργίας τους ως μέλη ενός ευρύτερου σμήνους από ρομπότ. Στο
πείραμα μας εργαστήκαμε με δύο πολύ δημοφιλείς πλατφόρμες ρομποτικής και
ηλεκτρονικής, τα Lego Mindstorms και τα Arduino. Πρόκειται για δύο ευραίως διαδεδομένες
πλατφόρμες που χρησιμοποιούνται παγκοσμίως για εκπαιδευτικούς αλλά και για
ψυχαγωγικούς σκοπούς. Τα Lego Mindstorms σχεδιάστηκαν κυρίως για παιδιά και
εκπαιδευτικούς και είναι μια πολύ φιλική προς το χρήστη πλατφόρμα για να έρθει σε μια
πρώτη επαφή με τις βασικότερες έννοιες της ρομποτικής και του προγραμματισμού.
Το Arduino είναι προγραμματίσημη ηλεκτρονική πλακέτα κύκλωμα (μικροελεγκτής) και
έχει αποκτήσει μεγάλη δημοτικότητα τα τελευταία χρόνια κυρίως λόγω της οικονομικής
τιμής της και της ευκολίας που παρέχει στον χρήστη για να διεκπεραιώσει διάφορες
εφαρμογές ηλεκτρονικών ακόμη και αν δεν είναι ιδιαίτερα έμπειρος στον τομέα αυτόν.

9
1.2 Σκοπός της Διπλωματικής Εργασίας

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι να υλοποιήσουμε δύο ρομπότ που να
συμμετέχουν σε ένα σενάριο επικοινωνίας και συνάντησης μεταξύ τους. Σκοπός μας αρχικά
είναι κατασκευάσουμε αυτά τα δύο ρομπότ ώστε να είναι πλήρως λειτουργικά και ικανά να
επικοινωνήσουν ασύρματα και να συνεργαστούν στον από κοινό τους στόχο. Ως συνεργασία
εννοούμε την ανταλλαγή κατάλληλων μηνυμάτων μεταξύ τους για την λήψη αποφάσεων
καθώς και την ανταλλαγή χρήσιμων πληροφοριών για την απόσταση τους.
Για την επίτευξη του στόχου μας, θέλουμε να ενώσουμε τις πλατφόρμες του Lego
Mindstorms με το Arduino. Η ένωση αυτή θα γίνει με στόχο την καλύτερη αξιοποίηση αλλά
και για την επέκταση των δυνατοτήτων που έχει η κάθε πλατφόρμα ξεχωριστά. Αν και οι δύο
πλατφόρμες δεν έχουν σχεδιαστεί ώστε να λειτουργούν μαζί, θέλουμε να τις συνδέσουμε και
να αξιοποιήσουμε κάποιες open source βιβλιοθήκες ανοιχτού λογισμικού από το Διαδίκτυο
ώστε να τις κάνουμε να επικοινωνήσουν Για την επικοινωνία τους θα εξετάσουμε το
πρωτόκολλο επικοινωνίας I2C που χρησιμοποιείται σε πολλές εφαρμογές συσκευών που
χρησιμοποιούμε στην καθημερινότητα μας.
Θέλουμε να επεκτείνουμε τις δυνατότητες της πλατφόρμας Mindstorms συνδέοντας το
Arduino ώστε να λειτουργήσει ως ένα επιπλέον αισθητήριο μέσο για την λήψη,επεξεργασία
και ανταλλαγή πληροφορίας. Όπως είπαμε το πείραμα μας είναι η αποτελεσματική
επικοινωνία δύο ρομπότ τα οποία αποτελούνται το καθένα από ένα Lego Mindstorms
συνδεδεμένο με Arduino και η ευθυγράμμιση τους και τελική συνάντησή τους στον χώρο. Τα
δύο ρομπότ αυτά θα μπορούσαν θεωρητικά να αποτελέσουν δύο ρομπότ μονάδες ενός
ευρύτερου σμήνος που αποτελείται από πλήθος πολλών ρομπότ που ανταλλάσσουν συνεχώς
πληροφορίες και διεκπεραιώνουν από κοινού ένα στόχο.
Τόσο το Lego Mindstorms όσο και το Arduino έχουν τα δικά τους περιβάλλοντα λογισμικού
όπου ο χρήστης καλείται να συνθέσει κώδικα για τον προγραμματισμό τους. Η πρόκληση μας
είναι να αναπτύξουμε έναν αποδοτικό αλγόριθμο ο οποίος να υλοποιεί διαδοχικά :
1. Τον εντοπισμού το ενός ρομπότ από το άλλο.
2. Την εύρεση της γωνίας ελάχιστης απόστασης μεταξύ τους.
3. Την ευθυγράμμιση τους.
4. Και τέλος την συνάντησης τους.
Στη συνέχεια καλούμαστε να μεταφέρουμε τον αλγόριθμο αυτό σε κώδικα τόσο στο
περιβάλλον προγραμματισμού του Mindstorms όσο και στο περιβάλλον προγραμματισμού
του Arduino. Πρέπει να λάβουμε συνεχώς υπόψιν μας ότι θέλουμε οι δύο κώδικες να
υλοποιούν παράλληλα την συνεχή επικοινωνία μεταξύ της μίας πλατφόρμας με την άλλη για
καθένα από τα δύο ρομπότ.
Τέλος σαν γενικότερο σκοπό την παρούσας πτυχιακής και του πειράματος μας είναι να
αποδείξουμε ότι η ένωση που κάναμε μεταξύ Lego Mindstorms και Arduino , είναι μια
έξυπνη πρακτική και πάνω απ όλα οικονομική λύση για την αξιοποίηση
επαναχρησιμοποιήσιμων κομματιών για δημιουργία διαφορετικών ρομπότ και την
αλληλεπίδραση τους με τον φυσικό κόσμο μέσω φτηνών ηλεκτρονικών.

10