Základy stavby a programování
robotů

—> Nastavení rychlosti
—> Senzor: měření otáček
—> Použití senzoru: tachometr
—> Implementace metody na výpočet, kolik kolo ujelo
—> Implementace metody na popojetí o určitou vzdálenost
—> Víme, kolik ujela kola, ale kolik ujel robot?
—> Kinematika diferenciálního podvozku

Praktické cvičení: Implementace funkce na výpočet základní polohy robota a vyzkoušení pohybu.

Výstupy z lekce: Znám senzory pro měření otáček kola a rozumím principu měření otáček. Umím naprogramovat funkci tachometru a rozumím kinematice diferenciálního podvozku.

—> Kinematika podvozku se 4 statickými koly
—> Demonstrace pohybu
—> Kinematika podvozku auta
—> Kinematika typu tank
—> Přehled: výhody a nevýhody

Praktické cvičení: Implementace metody na výpočet: o kolik se musí kola otočit, aby robot vykonal požadovaný pohyb.

Výstupy z lekce: Umím naprogramovat inverzní kinematiku a rozumím kinematice pro další typu podvozků. Chápu, proč se používají převážně roboti s diferenciálním podvozkem.

—> Co se stane, když nastane tření
—> Zpětná vazba: využití informace ze senzoru
—> Základy regulace: P regulátor
—> Implementace P regulátoru
—> Jak vybrat vhodné parametery

Praktické cvičení: Výběr vhodného P parametru a odůvodnění volby.

Výstupy z lekce: Rozumím, co je to zpětná vazba a k čemu je dobrá. Chápu termín P regulace a umím naprogramovat P regulátor.

—> Typy senzorů pro detekci překážek: dotykový, senzor otáček, ultrazvukový, infračervený, radar, laser, kamera
—> Detekce překážky a zastavení
—> Chytrý tempomat: regulátor P
—> Když P regulátor nestačí: PID regulace
—> Výběr vhodných parametrů I a D

Praktické cvičení: Úprava kódu tak, aby robot sledoval překážku rychle, ale bez zákmitů.

Výstupy z lekce: Znám typy senzorů vhodné pro detekci překážek a rozumím principu senzorů. Chápu, proč je potřeba PID regulátor, a umím vybrat vhodné PID parametry.

—> Typy navigace: lokální a globální
—> Lokální navigace: základní algoritmy
—> Carrot-chasing
—> Bug algoritmus
—> Jak funguje servo
—> Jak řídit servo (PWM)
—> Metoda, jak otočit servem o požadovaný úhel

Praktické cvičení: Využití funkce a programování „bug“ algoritmu.

Výstupy z lekce: Rozumím základním algoritmům navigace a umím je naprogramovat. Chápu, jak funguje servo a umím naprogramovat PWM regulaci.

—> Sledování cesty (= jízda po čáře)
—> Voronoi diagramy
—> Grafy viditelnosti
—> Trapezoidal decomposition

Výstupy z lekce: Rozumím základním algoritmům plánování cest a umím naprogramovat voronoi diagram algoritmus.

—> Typy senzorů pro jízdu po čáře: světelný, magnetický, kamera, dotykový
—> P regulátor pro jízdu po čáře
—> Kombinace jízdy po čáře s detekcí překážky

Praktické cvičení: Úprava kódu tak, aby robot jel po černé čáře rychle, ale stabilně.

Výstupy z lekce: Znám senzory pro detekci čáry a vím, v jakých aplikacích je vhodné využít sledování čáry. Umím naprogramovat PID regulátor vhodný k jízdě po čáře a komplexnější chování, které kombinuje několik funkcí.

—> Rozšíření kódu z předchozí hodiny
—> Využití všech 3 senzorů čáry na podvozku
—> Metoda detekuj křižovatku
—> Metoda zatoč
—> Indikace na křižovatce
—> Princip LED
—> PWM regulace pro kontrolu jasu LED
—> Metoda indukuj

Praktické cvičení: Kombinace metod, aby robot indikoval, když bude zatáčet.

Výstupy z lekce: Umím naprogramovat detekci křižovatek a rozumím principu LED. Umím naprogramovat přesný pohyb s využitím zpětné vazby.

—> Navigace: algoritmus potenciálního pole
—> Programování algoritmu
—> Plánování cesty: diskretizace prostoru a occupancy grid

Praktické cvičení: Kombinace příkladu s kódem tak, aby robot přeplánoval, pokud narazí na překážku.

Výstupy z lekce: Rozumím algoritmu potenciálního pole a umím ho naprogramovat. Chápu, kdy se hodí využít plánování cesty na diskretizovaném prostoru.

—> Typy lokalizace: relativní a absolutní
—> Senzory pro lokalizaci: odometrie, laser, kamera, GPS, …
—> Princip relativní lokalizace
—> Relativní lokalizace na mřížce: y, y

Praktické cvičení: Rozšíření programu z hodiny, aby se počítal i aktuální úhel robota.

Výstupy z lekce: Znám senzory pro lokalizaci a jejich principy. Rozumím rozdílu mezi relativní a absolutní lokalizací a umím naprogramovat relativní lokalizaci.

—> Zobecnění principu relativní lokalizace
—> Odometrie
—> Problémy odometrie

Praktické cvičení: Návrh přidání nezávislé odometrie na robota.

Výstupy z lekce: Rozumím odometrii a umím ji naprogramovat. Chápu, jak minimalizovat problémy odometrie.

—> Stavové automaty: co to je a kdy se hodí
—> Programování stavového automatu
—> Behaviour trees: co to je a kdy se hodí
—> Programování behaviour trees
—> Zadání projektu

Výstupy z lekce: Chápu, co to je stavový automat a behaviour tree, a rozumím jejich výhodám a nevýhodám. Umím naprogramovat stavový automat.

—> Napájení: baterky, rozvody, na co si dát pozor
—> Typy sběrnic: USB, sériový port, I2C, ethernet, CAN
—> Komunikace
—> Distribuované systémy

Výstupy z lekce: Chápu základní typy baterií a rozumím vlivu elektromagnetického pole. Znám základní protokoly pro komunikaci a vím, jak se liší komunikace v distribuovaných systémech od těch centralizovaných.

—> Jak začít stavět robota
—> V-model systémového inženýrství
—> Krok 1 systémového inženýrství
—> Standardy, ISO a opakovatelnost

Výstupy z lekce: Chápu, proč je potřeba správně zmapovat požadavky zákazníka, a znám metody, jak zdokumentovat požadavky. Rozumím development cyklu.

—> Přehled elektronických komponent
—> Arduino, Teensy, Raspberry Pi
—> Přehled programování
—> ROS2, OpenCV
—> Přehled mechaniky
—> 3D tisk

Výstupy z lekce: Vím, jak mohu své schopnosti uplatnit a dále rozvíjet.