Braitenberg's Vehicles (TØ 8)

Plan for idag

1. Først vil vi implementere Vehicle 1 [2] med en light sensor. Robotten skal kunne følge en lyskilde, dvs. holde stille ved normale lysforhold og køre ved øgede lysforhold.
2. Herefter vil vi bygger Vehicle 2b [2] med 2 lyssensorer for at se om vi kan få robotten til at følge en lyskilde.
   
3. ...

Vehicle 1
Vi konstruere en robot med 1 lys sensor der reagere på øget lysforhold. Reaktionen skal være at sætte motorne igang. Under normale lysforhold skal robotten holde stille.

Vi vil bruge en initiel kalibering af lyssensoren til at bestemme hvad det normale lysforhold er og vi vil bruge en lygte til at simulere øget lysforhold. Efter som robotten kun har en lyssensor vil vi bruge en single threaded control loop. I og med vi kun har 1 lyssensor og 2 mortorer, giver vi begge mortorer samme effekt, på baggrund af input fra lyssensoren.

Effekten til mortoren er konstant 100 i dette forsøg. Control loopet ser sådan ud (se neden stående). Først læses den nuværrende lysværdi fra lyssensoren. Ud fra denne værdi bestemmer
robotten om lysforholdene er øget vha. den kaliberet lysværdi plus en margin på 5* (NORMAL_VALUE_BUFFER). Hvis den nuværrende lysværdi er højrer en den kaliberet værdi plus marginen, sætter vi begge motorer til fuld power.

*Vi fandt marginen på 5 ud fra et forsøg hvor vi obseverede hvad lyssensoren målte uden vi lyste på den (55-57) og hvad den målte når vi lyste på den (60-90).

//Start main loop
LCD.clear();
while (! Button.ESCAPE.isPressed()) {
int currentLigthValue = lightSensor.readValue();
LCD.drawInt(currentLigthValue, 4, 10, 2);
LCD.refresh();

if (currentLigthValue > NORMAL_VALUE_BUFFER) {
leftMotor.controlMotor(100, forward);
rightMotor.controlMotor(100, forward);
} else {
leftMotor.controlMotor(0, stop);
rightMotor.controlMotor(0, stop);
}

Thread.sleep(10);
}

Forsøget gik some forventet - robotten holder stille under normale lysforhold (kaliberet) og kører når vi lyser med lygten på lys sensoren.



Vehicle 2b
Vi ønsker at få robotten til at følge en lys kilde. Hvis lyskilden er lige frem foran robotten skal robotten kører lige ud. Hvis lyskilden bliver holdt til højre for robotten skal den dreje til højre.

Vi vil benytte os af en reaktionel strategi, dvs. vi sætter effekten på motoren til at være proportinel med den målte lysværdi fra lyssensoren. Vi benytter os af 2 lyssensorer til at bestemme hvilken vej der skal drejes. Eftersom vi laver effekten på motoren ligefrem proportionel med den målte lysværdi, skal vi bruge et robot design som Vehicle 2b - se tegning herunder[2].


Vores control loop kan ses herunder. Vi har nu 2 lyssensorer og derfor 2 variable til sensorværdierne (currentLeft og currentRight). I Vehicle 2b "krydses" input og motor siderne, hvilket vi har gjort ved at sensor værdien fra den venstre sensor, bestemmer effekten på højre motor og omvendt for den højre sensor. Igen har vi vores margin for normale lysforhold og en motor vil kun køre hvis sensor værdien er over denne margin. Vi har bibeholdt denne egenskab for at robotten ikke skal blive for følsom overfor environmentet.

while (! Button.ESCAPE.isPressed()) {
int currentLeft = lightSensorLeft.readValue();
int currentRight = lightSensorRight.readValue();

if (currentLeft > NORMAL_VALUE_BUFFER) {
rightMotor.controlMotor(scaleLightInput(currentLeft), forward);
} else {
rightMotor.controlMotor(0, stop);
}

if (currentRight > NORMAL_VALUE_BUFFER) {
leftMotor.controlMotor(scaleLightInput(currentRight), forward);
} else {
leftMotor.controlMotor(0, stop);
}

Thread.sleep(10);
}

Resultatet af dette forsøg kan ses her:



Som det fremgår af videoen virker denne løsning ikke optimalt. Vi kunne se på robottens opførsel at reaktionen (kør eller stop) var for hård hvilket resulterede i den "vrikkende" kørsel.

Vi ændrede lidt på vores control loop:
while (! Button.ESCAPE.isPressed()) {
int currentLeft = lightSensorLeft.readValue();
int currentRight = lightSensorRight.readValue();
if (currentLeft > NORMAL_VALUE_BUFFER || currentRight > NORMAL_VALUE_BUFFER) {
rightMotor.controlMotor(scaleLightInput(currentLeft), forward);
leftMotor.controlMotor(scaleLightInput(currentRight), forward);
} else {
leftMotor.controlMotor(0, stop);
rightMotor.controlMotor(0, stop);
}

Thread.sleep(10);
}

Vi har ændret control loopet til først at tjekke om en af lyssensorne registere en lysværdi større end vores margin. Hvis det er tilfældet giver vi motorne den målte lysværdi skaleret*. Det resulterer i at hvis vi lyser lige på begge sensorer måler begge sensorer ca. samme værdi og robotten vil kører lige ud. Lyser vi til en af siderne vi den ene sensor måle en højere værdi end den anden. Det kombineret med det "krydsede" design i Vehicle 2b resultrere i at den ene motor vil kører hurtigere end den anden, pga. forskellen i målt lysstyrke af sensorne, og robotten vil dreje til den rigtige side. Det er altså udelukkende de målte lysværdier der kontrollere robotten, hvilket passer med en Braitenbreg model.

*skalerings metoden er ganske simpel. Den addere 30 til den målte lys værdi. Vi kom frem til 30 ud fra obsevationen at de målte lysværdier ligger imellem 60 og 90 (90 er kun hvis man lyser direkte ind i en sensor fra ca. 1 cm afstand) og faktum at værdierne motorne skal have for at kører ligger imellem 60 og 100. Vores typiske målte lys værdi ligger imellem 60-70, derfor hvis vi lægger 30 til det får vi en motor effekt på 90-100, hvilket passer perfekt på den ønskede motor effekt.

Resultatet af modifikationen af control loopet ses her:



Tidsforbrug:

3 timer

Referencer

1. P. Maes, Modeling Adaptive Autonomous Agents,
   Artificial Life Journal, C. Langton, ed., Vol. 1, No. 1 & 2, MIT Press, 1994.
2. Tom Dean, Introduction to Machina Speculatrix and Braitenberg Vehicles
3. Tom Dean, Notes on construction of Braitenberg's Vehicles, Chapter 1-5 of Braitenbergs book