Extra oefening Probeer de voorbeeldprogramma s uit de LeJOS tutorial en de samples die bij de LeJOS software geïnstalleerd zijn.

Transcriptie

1 Opdracht 4 Inhoud Applicatiebouw op dag 4 College In het college wordt een introductie gegeven over het programmeren van de Lego Mindstorms NXT in de programmeertaal Java. Werkcollege In het werkcollege oefen je het bouwen van een besturing voor een met Lego gemaakte robot. Op het eind van dag 4 kun je Motor commando s en diverse parameters voor motorbesturing toepassen. Standaard Lego sensoren gebruiken en toepassen in een programma. Methoden schrijven en aanroepen. Java code schrijven die gegevens weergeeft op het scherm van de NXT. Java code schrijven die reageert op het indrukken van knoppen van de NXT. Lezen tussen dag 4 en dag 5 Neem de LeJOS tutorial en de handleiding van de LeJOS plugin voor Eclipse door. Extra oefening Probeer de voorbeeldprogramma s uit de LeJOS tutorial en de samples die bij de LeJOS software geïnstalleerd zijn. Voor wie is deze opdracht? Deze opdracht is bedoeld voor degenen die meedoen met de module SmartProducts en een Mindstorms NXT kit hebben. Het is voor deze opdracht handig om met de projectgroep bij elkaar te gaan zitten, en met twee studenten de opdracht te doen. De twee groepjes van twee kunnen dan een NXT delen, en afwisselend hun programma s testen. Universiteit Twente 1

2 Checklist Wat heb je nodig voor deze opdracht? Eclipse LeJOS moet geïnstalleerd zijn. Voor installatie instructies zie de handleiding. De LeJOS Eclipse plug-in moet ook geïnstalleerd zijn (als je een menu-item "LeJOS NXJ" in het menu van Eclipse ziet, is deze geïnstalleerd). De LeJOS firmware (de JVM) moet op de NXT geïnstalleerd zijn voordat je Java programma s op de NXT kan draaien (In Eclipse via het menu: LeJOS NXJ > Upload firmware). Check evt. hier voor meer details over hoe dit werkt en hoe je fouten kan oplossen. Zorg ook dat je de computer opnieuw gestart hebt na installatie van LeJOS. De met de zip-file van deze opdracht meegeleverde bestanden. Documentatie: de LeJOS tutorial Documentatie: de LeJOS API documentatie met beschrijvingen van alle LeJOS classes Doorloop bovenstaande checklist voor je met de opdracht begint. Raadpleeg indien nodig de installatie handleiding en/of de bij het hoorcollege gegeven instructies. Catapult in Java programmeren We gaan vandaag de robot die we in het Mindstorms practicum hebben gemaakt programmeren in Java. Je moet voor deze opdracht dus een werkende Catapult hebben. Mocht je die nog niet hebben, bouw deze dan met de instructies van het practicum. We gebruiken in deze opdracht de Catapult. Andere robot gebouwd? Mocht je een andere robot gemaakt hebben, dan zal je mogelijk zelf wat moeten variëren in je programma. Maar het basis idee van deze opdracht moet je ook op andere robots kunnen toepassen. Voorwaarde voor de opdracht is dat de robot minimaal 1 Motor moet bevatten, en 2 sensoren. De Catapult in deze opdracht kan dmv. een ultrasoonsensor zien of er iets voor staat. Is dit het geval dan zorgt de robot voor een juiste oplossing. Heb je nog geen ultrasoonsensor toegevoegd doe dat dan eerst of realiseer een andere vorm van beveiliging. Noodstop Voordat je begint is het handig om te weten hoe je een noodstop maakt: als je de NXT in geval van nood moet stoppen druk dan de oranje Enter-knop en de grijze Stop-knop tegelijk in. Maar het is beter om je programma zo te schrijven dat je programma naar de Stop-knop luistert. Stappenplan 1. Maak een nieuw LeJOS project 2. Ontwerp een class voor de besturing van de Catapult 3. Voeg motor commando s toe voor het lanceren 4. Realiseer activatie met de geluidssensor 5. Realiseer beveiliging met de ultrasoonsensor Universiteit Twente 2

3 1. Maak een nieuw LeJOS project Maak een nieuw LeJOS project. Via File > New > Project en dan LeJOS, LeJOS NXT Project of rechtstreeks via File, New, LeJOS Project. Vul bij de Project Name Opdracht4 in. Druk op Finish. Deze stap wordt in de handleiding van de LeJOS plugin voor Eclipse uitgebreid beschreven. Voeg een class toe aan het project, noem deze ook Opdracht4 en vink de optie public static void main(string[] args) aan om een start-methode toe te voegen: Voeg deze 2 regels code toe aan de main-methode: System.out.println("Druk op Enter"); Button.waitForAnyPress(); Importeer via de bibliotheek voor lejos.nxt.button: Het stukje code dat we hebben toegevoegd komt overeen met het blokje wacht-op- Enter van Lego. Voer nu je programma uit dmv. de Run-knop. Als wordt gevraagd hoe het programma uitgevoerd moet worden, kies dan voor LeJOS NXT Program : Het programma wordt dan vertaald (gecompileerd) en daarna naar de NXT gestuurd (zorg dus dat die aanstaat en is aangesloten). Daarna wordt het programma op de NXT gestart en zie je als het goed is de regel tekst die wordt weergegeven door de System.out.println aanroep op het beeldscherm van de NXT. Het programma wacht tot een toets (Button) is ingedrukt en stopt dan door de aanroep Button.waitForAnyPress(). Als het programma werkt kan je verder met de volgende stap. Mocht je foutmeldingen krijgen bij het compileren, kijk dan even bij de checklist aan het begin van deze opdracht ( Wat heb je nodig voor deze opdracht? ). Heb je alles gedaan? Universiteit Twente 3

4 2. Ontwerp een class voor de besturing van de Catapult De Catapult is een object in de echte wereld. In de colleges heb je geleerd hoe je van een object uit de echte wereld een model kan maken wat je kunt gebruiken om een class in Java te ontwerpen. Dat gaan we nu toepassen. Bedenk wat de Catapult voor eigenschappen heeft, en wat de Catapult kan. We beginnen met het laatste: de Catapult kan: lanceren, scannen (naar obstakel) en de geluidssensor controleren. De Catapult moet afhankelijk van waarnemingen (sensoren), beslissen welke acties er uitgevoerd moeten worden. Hiervoor moet waarschijnlijk iets (een methode) komen dat alle acties start en vervolgens coördineert, we noemen deze 'start'. De acties zijn samengevat: lanceer geluidssensor controleren scannen naar obstakel start We gaan nadenken over de eigenschappen van de robot. Moet het programma iets onthouden? En over invoer en uitvoer: Wat wordt er ingevoerd/doet de gebruiker? Wat wordt er uitgevoerd? Een actie van de gebruiker waarop de robot zal moeten kunnen reageren is bijvoorbeeld de activatie dmv. een geluid (klappen in de handen). Dit kunnen we beschouwen als invoer, die we kunnen waarnemen met een geluidssensor. Sensoren die we gaan gebruiken moeten we declareren als een object, dat we gebruiken binnen de class (het worden dus class-variabelen). Andere invoer die ons programma gaat gebruiken is de waarde van een afstandssensor: hiermee kunnen we waarnemen of er een obstakel is. De eigenschappen (class-variabelen) zouden dus kunnen worden: geluidssensor ultrasoonsensor We beginnen met een eerste opzet van de class voor de Catapult. We kiezen als naam: Catapult. Voeg een class 'Catapult' toe aan het project (via File > New, zonder main methode). Voeg nu zelf methoden toe voor de acties die we net hebben bepaald. De class-variabelen (eigenschappen) komen later. Een (opzet voor een) eerste methode toevoegen We helpen je even op gang met de eerste methode. Een zinvolle naam voor een methode die de robot de actie geluidssensor controleren laat uitvoeren is: geluidssensorcontroleren. De methode gaat controleren of het geluidsniveau dat de geluidssensor meet, hoog is. Is het geluidsniveau hoog, dan levert de methode de waarde true (waar), anders false (niet-waar). Deze methode levert dus als resultaat een boolean. Als methode zou dat er zo uit kunnen zien: We hebben hier de regel met return toegevoegd omdat Eclipse anders een foutmelding geeft. En de methode moet toch een waarde afgeven, dus dan hebben al een opzet daarvoor, alhoewel dit nog niet de uiteindelijke versie zal zijn. Zelf meer methoden toevoegen Bedenk nu zelf namen voor de andere methoden en voeg ze toe aan de class. De methoden volgen uit de vier acties die we hiervoor hebben bepaald. Methodenamen mogen geen spaties bevatten. Ze beginnen met een kleine letter. Nieuwe woorden in de naam beginnen met een hoofdletter. Beschrijf de methoden in een kort stukje commentaar en voeg dat toe aan elke methode. Bijvoorbeeld zo: Universiteit Twente 4

5 De inhoud van alle methoden gaan we in de vervolgstappen verder invullen. 3. Voeg motor commando s toe voor het lanceren We gebruiken het Lego programma dat je hebt gemaakt bij het Lego Mindstorms practicum als voorbeeld. Mocht je geen goed voorbeeld hebben, gebruik dan dit voorbeeld. Voor we verder gaan, verdiepen we ons in de LeJOS tutorial om te zien wat deze ons te bieden heeft op het gebied van bijvoorbeeld motoren en robotbesturing. Dat is veel. Vooral de hoofdstukken Controlling the Motors en Hardware: Buttons, LCD, Sound, Sensors bieden mogelijkheden voor gebruik van de motoren, sensoren, geluid en de knoppen en het display op de NXT zelf. Tip: in de bijlage van deze opdracht kan je lezen hoe je een voorbeeld uit de lejos tutorial kan proberen in Eclipse. Na bestudering van het hoofdstuk Controlling the Motors kunnen we concluderen dat voor het aansturen van een motor, we de class Motor nodig hebben. Meer informatie over deze class kan je vinden in de API. Voor de besturing van een motor kunnen we een object gebruiken, bijvoorbeeld Motor.C voor het aansturen van Motor C. We kijken weer naar het Lego programma. Voor het aansturen van de motor wordt een motor-blok gebuikt, waarvan je hier onder het deel uit het programma en de instellingen van het blok ziet. We kunnen het in het Lego programma ingestelde vermogen (Power) niet 1-op-1 vertalen naar een instelling voor de Motor. We kiezen ervoor om in plaats daarvan de snelheid in te stellen met de methode setspeed(). Verder is de methode om de Motor vooruit te laten bewegen in de tutorial te vinden. Dit is de methode forward(). De twee methoden kunnen we dan als volgt via het object Motor.C aanroepen: Voeg deze toe aan de methode die je hebt gemaakt voor het lanceren. De parameter van de methode setspeed() is in dit voorbeeld 200. Lees de documentatie en bepaal zelf wat een goede snelheid is. Universiteit Twente 5

6 In de instellingen van het Lego-blok zien we ook dat de Motor maar 0.05 seconde draait en dan Coast (vrij draait). We moeten dus na het aanzetten van de motor deze na korte tijd weer uitzetten. Dat kan met: Ook hier is de tijd aangepast, door te testen wat het beste werkt. Werkt het bij jullie niet goed, stel dan evt. de tijd bij (snelheid en tijd beïnvloeden elkaar!) Om de Catapult te kunnen gebruiken, moeten we een object van de Catapult maken en toevoegen aan de main-methode (in Opdracht4.java). Een object maken van een class gaat dmv. new: Plaats deze regel bovenaan in de main-methode (in Opdracht4.java). We hebben nu het object "catapult" gemaakt. Roep vervolgens de methode lanceer() aan om de Catapult te lanceren. Een methode van een object aanroepen doe je door eerst de naam van het object te typen: dus catapult, en daarna een punt. Daarna type je de naam van de methode, of je kies deze uit de lijst. Als je begint met het typen van de naam van de methode, zal Eclipse proberen je te helpen. Je hoeft dan alleen nog maar de methode aan te klikken met een dubbelklik. De regels code die we eerder hadden toegevoegd in de main-methode mag je verwijderen of tussen commentaar plaatsen. Sluit nu de NXT aan, zet m aan en voer nu het programma uit dmv. de Run-knop zal de arm direct gelanceerd worden.. Als het goed is Universiteit Twente 6

7 4. Realiseer activatie met de geluidssensor De methode 'geluidssensor controleren' zal de geluids-sensor gaan gebruiken. Het type hiervan is SoundSensor. Kijk in de API als je meer informatie nodig hebt. In de tutorial kan je ook een voorbeeld vinden. Met ons ontwerp (stap 2) in het achterhoofd maken we voor deze sensor een class-variabele aan in de class Catapult: Een class-variabele is een variabele die je bovenin de class definieert en dus geldig is in de gehele class. Zo n variabele wordt in het boek attribuut genoemd. Meer in paragraaf van het boek. Om de class-variabele geluidssensor te initialiseren voegen we een constructor toe aan de class, waarin we met new een nieuw object van de class-variabele geluidssensor maken van het type SoundSensor: Een constructor is een speciale methode met dezelfde naam als de class, bedoeld om variabelen en objecten te initialiseren. Nieuw object geluidssensor Parameter van de sensor: de poort waarop de sensor is aangesloten De parameter SensorPort.S2 geeft aan dat de sensor is aangesloten op poort 2 van de NXT. Pas de parameter aan als de sensor van jullie op een andere poort is aangesloten. We kunnen nu de methode 'geluidssensor controleren' als volgt maken: Het kan zijn dat jij bij stap 2 een andere naam voor deze methode hebt bedacht. Pas de naam evt. aan. De methode levert een resultaat van het type boolean op. Booleans kunnen waar (true) of nietwaar (false) zijn. Voor meer info zie blz. 92 van het boek. De expressie geluidssensor.readvalue() > 40 controleert of de uitkomst van de methode readvalue() groter is dan 40. Deze expressie is dus waar (true) of niet waar (false). Mogelijk moet je de waarde 40 aanpassen in een waarde die meer past in jullie situatie. We zullen voortdurend moeten checken of de sensor een hoog geluidsniveau meet. Daarom voegen we aan de robot een methode toe die alle acties start en coördineert. We noemen deze methode start. Voeg de methode start() toe aan de class Robot (als je dat nog niet had gedaan) en voeg in deze methode onderstaande code toe. In de herhalingslus (while) wordt voortdurend de uitkomst van de methode geluidssensorcontroleren() gecheckt dmv. het if-statement. Universiteit Twente 7

8 Op de plek waar het commentaar 'roep methode om te lanceren aan' staat kan je de bijbehorende methode van de Catapult aanroepen. We kunnen nu de methode start() testen door deze aan te roepen in het hoofprogramma (de main-methode in Opdracht4.java). Eerdere aanroepen van methoden van de Catapult kunnen daar worden verwijderd (deze waren voor het testen). De main-methode ziet er dan zo uit: Een eigen methode van een class aanroepen doe je door de naam van de methode te typen, met daarachter de parameters tussen ronde haken. Dus bijv.: mijnmethode(1,2,3); Sluit nu de NXT aan, zet m aan en voer nu het programma uit dmv. de Run-knop. Als het goed is wordt de lancering geactiveerd door een hard geluid (bijv. klappen in je handen). Een methode van een object aanroepen doe je door eerst de naam van het object te typen, dan een punt, gevolgd door de naam van de methode, met daarachter de parameters tussen ronde haken. Dus bijv.: object.mijnmethode(1,2,3); 5. Realiseer beveiliging met de ultrasoonsensor Declareer eerst de ultrasoonsensor als class-variabele in de class Catapult. Deze is van het type UltrasonicSensor. Initialiseer deze in de constructor. Kijk evt. in de API als je meer informatie nodig hebt. In de tutorial kan je ook een voorbeeld vinden. Kijk indien nodig in de vorige paragraaf, daar hebben we hetzelfde gedaan met de geluidssensor. Als het goed is heb je bij stap 2 een methode bedacht en toegevoegd voor scannen naar obstakel. We gaan nu de body van deze methode programmeren. Je hebt mogelijk nog niet nagedacht over het resultaat van deze methode. Logisch lijkt om hiervoor ook een boolean te nemen: het resultaat wordt true als er een obstakel is, en false als er geen obstakel is. Een eerste opzet voor de methode wordt dan: Het is niet erg als je een andere naam voor de methode had bedacht, als je m bij het aanroepen dan ook goed gebruikt. Bepaal welke methode van de ultrasoonsensor gebruikt kan worden voor het uitlezen van de afstand. Maak achter het return statement (dus in de plaats van waar nu false staat) een expressie die true oplevert als de waargenomen afstand kleiner is dan 200 (cm). (er is dan een object aanwezig binnen 2m afstand) Als de methode klaar is kan je hem aanroepen in de methode lanceer() van de Robot. Gebruik daar een if-statement om de lancering af te breken of niet uit te voeren als de methode scannennaarobstakel() true terug geeft. Voeg aan het if-statement ook nog een stukje code toe dat een geluid produceert waarmee het naar de gebruiker duidelijk wordt gemaakt dat de lancering is afgebroken. Zet ook een melding op het scherm. Voorbeelden kan je vinden in de de LeJOS tutorial. Test je programma. Universiteit Twente 8

9 Afronden Voorzien je programma van commentaar. Vergeet niet de auteursgegevens toe te voegen aan elke Java file. Laat het programma controleren door een assistent of docent. Samenvatting Op deze dag heb je Java code geschreven voor de Lego Mindstorms NXT en geleerd hoe je een eenvoudige besturing voor een met Lego gebouwd apparaat realiseert. Verder heb je het volgende geleerd: Het toepassen van Motor commando s en diverse parameters voor motorbesturing. Minimaal 2 verschillende Lego sensoren gebruiken en toepassen. Het zelf schrijven van methoden en het aanroepen daarvan. Het weergeven van tekst op het scherm van de NXT. Reageren op veranderende waarden van sensoren (dmv. selectie-statements). Het genereren van geluiden. Op de volgende pagina is nog een bijlage te vinden met uitleg hoe je voorbeeldcode van lejos kan gebruiken in Eclipse. Universiteit Twente 9

10 Bijlage: voorbeelden van lejos proberen in Eclipse Voorbeeld uit tutorial Je kan de tutorial hier vinden. We gebruiken het eerste voorbeeld in het hoofdstuk 'Wheeled Vehicles', dit is de class TravelTest. Open deze pagina dus in je browser. Selecteer de code en kopieer deze. Ga naar Eclipse. Maak in een LeJOS-project (bijv. van Opdracht 4) een nieuwe class, noem deze TravelTest. De code bevat nu een (vrijwel) lege class TravelTest. Selecteer alle code en plak (paste) de code uit het voorbeeld er overheen (de oorspronkelijke code wordt gewist). Voorbeeld van meegeleverde voorbeelden (samples) De met lejos meegeleverde voorbeelden kan je vinden in de zip-file van Applicatiebouw, in de map info\lejosnxjprojects\samples. Ze zijn ook geïnstalleerd op je computer, in de map waar lejos is geïnstalleerd (meestal C:\Program Files (x86)\lejos NXJ). In deze laatste map staat de zip-file samples.zip. Deze moet je eerst uitpakken voordat je 'm kan gebruiken. De complete set samples is een (1) Eclipse-project. Je kan deze importeren via File > Import en vervolgens General > "Existing Projects into Workspace". Blader via de Browse-knop naar de map met samples en druk op Finish. Universiteit Twente 10