Základy stavby
a programování
robotů

• Úvod do programování
• Úvod do MicroPython
• Robotický Hello world – rozsvícení LED
• Úvod do programů pro správu a zálohování programů – GIT

Praktické cvičení: Rozšíření funkce tak, aby měla druhý parametr. Ověření kontroly všech 4 LED na robotovi.

Výstupy z lekce: Rozumím základním termínům z programování, jako je funkce, parametr, proměnná, a umím napsat jednoduchý kód v Micropython. Rozumím, proč je nástroj jako Git užitečný pro správu kódu, a umím nahrát kód na GitHub.

• Princip LED
• Regulace PWM
• Regulace jasu LED
• Opakování motorů
• Točíme motorem
• Funkce pro regulaci rychlosti motoru

Praktické cvičení: Rozšíření funkce tak, aby se dalo točit motorem v obou směrech a aby obsahovala vstupní parametr.

Výstupy z lekce: Rozumím principu LED a chápu, co to je regulace PWM a k čemu je dobrá. Umím naprogramovat motor tak, aby se hýbal požadovanou rychlostí.

• 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.